计算机组成与系统结构PDF电子书下载

第一章 计算机系统概论 1

1.1 电子计算机的发展概况 1

1.1.1 计算机的产生 1

1.1.2 国外计算机发展简介 2

1.1.3 中国计算机发展简介 3

1.1.4 计算机的发展趋势 4

1.2 计算机的分类、特点和技术指标 5

1.2.1 计算机的分类 5

1.2.2 计算机的特点 6

1.2.3 计算机的主要技术指标 7

1.3 计算机的硬件 9

1.3.1 冯·诺依曼计算机的设计思想 9

1.3.2 计算机的基本结构 10

1.4 计算机的软件与计算机的工作过程 12

1.4.1 软件的发展演变 13

1.4.2 计算机软件与硬件的逻辑等价性 14

1.4.3 计算机的工作过程 15

1.5 计算机系统的基本概念 15

1.5.1 计算机的层次结构 15

1.5.2 计算机组成与系统结构的概念 17

1.6 计算机的应用 18

小结 19

习题一 20

第二章 数据的表示方法和数据校验 22

2.1 数据的表示方法及其转换 22

2.1.1 数制 22

2.1.2 计算机为什么采用二进制 23

2.1.3 不同数制间的数据转换 23

2.1.4 数据符号的表示 25

2.1.5 十进制数位的编码与运算 25

2.2 无符号数和有符号数 27

2.2.2 有符号数及其编码 28

2.2.1 无符号数 28

2.3.1 数的定点表示 32

2.3 定点数和浮点数 32

2.3.2 数的浮点表示 33

2.4 非数值数据的表示方法 35

2.4.1 字符的表示方法 35

2.4.2 汉字的表示方法 36

2.4.3 其他信息的表示 38

2.5 数据校验 39

2.5.1 奇偶校验 39

2.5.2 海明码校验 40

2.5.3 循环冗余（CRC）校验 42

小结 46

习题二 47

3.1 定点加、减运算 48

3.1.1 定点补码加、减运算 48

第三章 运算方法及运算部件 48

3.1.2 加、减运算的溢出处理 51

3.2 定点数乘法运算 53

3.2.1 原码一位乘法和两位乘法 53

3.2.2 补码一位乘法和两位乘法 58

3.3 定点数除法运算 64

3.3.1 原码一位除法 64

3.3.2 补码一位除法 68

3.4 浮点数的运算方法 70

3.4.1 浮点数的加、减运算 70

3.4.2 浮点数的乘、除法运算 72

3.5 运算部件 76

3.5.1 定点运算部件 76

3.5.2 浮点运算部件 78

3.5.3 用集成电路构成算术逻辑运算器 80

习题三 82

小结 82

第四章 指令系统 84

4.1 指令格式与操作码的编码技术 84

4.1.1 指令格式 84

4.1.2 操作码的编码技术 86

4.2 信息存放 87

4.3 寻址方式 88

4.4 指令类型 92

4.5 RISC技术 100

4.5.1 RISC的产生与发展 100

4.5.2 RISC的特点 101

4.5.3 RISC与CISC的比较 102

4.6 指令系统举例 103

4.6.1 Pentium微处理器指令系统 103

4.6.2 SPARC的指令系统 105

4.6.3 IBM大型机指令系统 108

4.6.4 PDP11与VAX11基本指令格式 109

小结 111

习题四 111

第五章 控制器 114

5.1 控制器的功能及结构 114

5.1.1 控制器的功能 114

5.1.2 控制器的组成 115

5.2 时序与控制 117

5.2.1 时序系统 118

5.2.2 控制方式 121

5.3 硬布线控制器 122

5.3.1 硬布线控制器的基本原理 122

5.3.2 硬布线控制器的设计步骤 123

5.3.3 硬布线控制器举例 125

5.3.4 阵列逻辑控制器 128

5.4 微程序控制器 131

5.4.1 基本概念 132

5.4.2 微程序控制的基本原理 133

5.4.3 微指令周期与CPU周期的关系 134

5.4.4 微指令与机器指令的关系 134

5.5 微程序设计技术 135

5.5.1 微指令的编码方式 135

5.5.2 微地址的形成方法 136

5.5.3 微指令的格式 139

5.5.4 串行微程序控制和并行微程序控制 141

5.5.5 动态微程序设计 142

5.5.6 微程序设计举例 143

5.6 微程序控制器与硬布线控制器的比较 146

小结 147

习题五 148

6.1.1 CPU的功能 150

6.1.2 CPU的基本结构 150

6.1 CPU的结构与功能 150

第六章 中央处理器CPU 150

6.1.3 CPU的发展过程 151

6.1.4 CPU的性能指标 153

6.2 CPU举例 153

6.2.1 Intel系列CPU简介 153

6.2.2 龙芯CPU简介 158

6.2.3 精简指令集CPU 159

6.2.4 嵌入式CPU举例 160

小结 162

习题六 162

第七章 存储器系统 163

7.1 存储器系统概述 163

7.1.1 存储器分类 163

7.1.2 存储器系统的层次结构 167

7.1.3 内存储器的主要性能指标 170

7.2 半导体存储器 171

7.2.1 静态随机读写存储器（SRAM） 172

7.2.2 动态随机读写存储器及其刷新与控制电路 178

7.2.3 DRAM的研究与发展 184

7.2.4 半导体只读存储器 188

7.2.5 闪速存储器 189

7.2.6 半导体存储器的封装 192

7.3 内存储器的组成与设计 194

7.3.1 内存储器存储单元的分配 194

7.3.2 内存储器与CPU的连接 195

7.3.3 内存储器的设计 199

7.3.4 内存储器的校验 202

7.3.5 提高内存存取速度的措施 202

7.3.6 并行存储器和相联存储器 203

7.4.1 Cache的功能 210

7.4 高速缓冲存储器（Cache） 210

7.4.2 Cache的基本原理及结构 211

7.4.3 Cache的读写操作和命中率 214

7.4.4 地址映像 218

7.4.5 替换算法 221

7.4.6 Pentium Ⅱ的Cache组织 222

7.5 辅助存储器 224

7.5.1 磁表面记录原理及记录方式 224

7.5.2 磁盘存储器 228

7.5.3 磁带存储器 233

7.5.4 光盘存储器 236

7.6 虚拟存储器技术 239

7.6.1 虚拟存储器的基本概念 239

7.6.2 虚拟存储器的管理方式 240

7.6.3 虚拟存储器的工作过程 243

小结 245

习题七 246

第八章 系统总线 250

8.1 总线的基本概念 250

8.1.1 总线的特性和性能指标 250

8.1.2 总线标准 251

8.1.3 总线传输方式和分类 251

8.1.4 总线结构 252

8.1.5 总线仲裁 254

8.1.6 总线协议 256

8.1.7 总线负载能力和出错处理 259

8.2 微机总线简介 260

8.2.1 ISA总线和EISA总线 260

8.2.2 PCI总线 260

8.2.3 AGP总线 262

8.2.4 PCI Express技术原理（3GIO概述） 262

8.2.5 RS232C串行通信总线 264

8.2.6 通用串行接口USB 267

小结 268

习题八 268

第九章 输入输出（I/O）系统 270

9.1 输入输出（I/O）系统概述 270

9.1.1 I/O接口的基本功能 270

9.1.2 I/O接口的基本组成 271

9.1.3 I/O接口的编址方式 274

9.1.4 I/O接口的类型 275

9.2 程序直接控制方式 275

9.3 程序中断方式 276

9.3.1 中断的基本概念及分类 277

9.3.2 中断请求和中断屏蔽 279

9.3.3 中断响应和中断处理 282

9.3.4 中断判优和多重中断 285

9.3.5 程序中断设备接口及工作原理 291

9.4 直接存储器访问（DMA）方式 292

9.4.1 DMA方式的基本概念 293

9.4.2 DMA控制器组成 294

9.4.3 DMA传送过程 295

9.4.4 DMA工作方式 296

9.4.5 DMA控制器与系统的连接方式 298

9.5 通道控制方式和输入输出处理机（IOP） 299

9.5.1 I/O通道的基本概念 299

9.5.2 通道的基本功能 300

9.5.3 I/O通道的类型 300

9.5.4 通道型I/O处理机（IOP）和外围处理机 302

小结 304

习题九 304

第十章 输入输出（I/O）设备 306

10.1 概述 306

10.1.1 I/O设备的基本功能 306

10.1.3 I/O设备的分类 307

10.1.2 I/O设备的特点 307

10.1.4 I/O设备与主机的连接 308

10.2 输入设备 308

10.2.1 键盘 309

10.2.2 鼠标器 311

10.2.3 触摸屏 313

10.3 输出设备 314

10.3.1 显示设备 314

10.3.2 打印设备 321

小结 326

习题十 327

第十一章 流水线技术 328

11.1 流水线的基本概念 328

11.1.1 流水线简介 328

11.1.2 流水线分类 330

11.1.3 流水技术的特点 333

11.2 流水线的性能 334

11.2.1 吞吐率（Throughput rate） 334

11.2.2 加速比（Speedup ratio） 336

11.2.3 效率（Efficiency） 337

11.2.4 举例 338

11.3 流水线的相关处理 340

11.3.1 结构相关 340

11.3.2 数据相关 341

11.3.3 控制相关 343

11.4 非线性流水线的调度 345

11.5 流水线中的多发技术 348

11.5.1 超标量（Super scalar）技术 348

11.5.2 超流水线（Super pipeline）技术 349

11.5.3 超长指令字VLIW技术 350

习题十一 351

小结 351

第十二章 并行处理技术 353

12.1 计算机系统的分类 353

12.2 向量计算机 354

12.2.1 基本概念 354

12.2.2 向量处理方式 355

12.3 阵列处理机 360

12.3.1 阵列处理机的操作模型 360

12.3.3 阵列处理机的基本结构 361

12.3.2 阵列处理机的特点 361

12.4 多处理机系统 364

12.4.1 多处理机系统的特点和分类 364

12.4.2 多处理机系统的关键技术 367

12.5 计算模型分类 371

小结 376

习题十二 376

参考文献 398