计算机组成原理与系统结构PDF电子书下载

第1章 计算机概述 1

1.1 计算机的产生与发展 1

1.1.1 计算机的产生 1

1.1.2 计算机的发展 2

1.2 计算机的类型、特点、性能指标与应用 3

1.2.1 计算机的类型与特点 3

1.2.2 计算机的主要性能指标 4

1.2.3 计算机的应用与发展趋势 5

1.3 计算机系统概述 7

1.3.1 硬件系统 8

1.3.2 软件系统 9

1.3.3 指令与程序 10

1.3.4 计算机系统的层次结构 11

1.4 计算机系统结构概述 13

1.4.1 计算机系统结构的内涵 13

1.4.2 计算机系统的组成与实现 14

1.4.3 计算机系统结构的类型 15

1.4.4 计算机系统性能分析 16

习题一 20

第2章 计算机中数据的类型、表示与运算 22

2.1 数据类型与数据表示 22

2.1.1 数据类型 22

2.1.2 数据表示 23

2.2 二进制数及与不同进制数的转换 24

2.2.1 二进制数的表示与运算 24

2.2.2 二进制数与不同进制数的转换 27

2.3 十进制数与字符的二进制数表示 30

2.3.1 十进制数的二进制数表示 31

2.3.2 字符的二进制数表示 32

2.4 原码、补码、反码及运算 33

2.4.1 机器数与原码 33

2.4.2 补码与运算 34

2.4.3 反码与运算 36

2.4.4 溢出与变形补码 36

2.5 定点数与浮点数 38

2.5.1 定点数 38

2.5.2 浮点数 39

2.5.3 IEEE 754标准 40

习题二 41

第3章 运算器 44

3.1 算术逻辑部件 44

3.1.1 加法器 44

3.1.2 并行加法运算与快速进位链 46

3.2 算术逻辑运算实现过程 48

3.2.1 定点数加减法运算 48

3.2.2 定点数乘法运算 49

3.2.3 定点数除法运算 52

3.2.4 浮点数运算 56

3.2.5 逻辑运算 58

3.3 运算器系统组成与举例 59

3.3.1 运算器系统组成 59

3.3.2 运算器举例 61

习题三 63

第4章 指令系统与汇编语言程序设计 65

4.1 指令系统概述 65

4.1.1 指令与程序 65

4.1.2 汇编语言程序 66

4.1.3 指令系统的设计要求与分类 67

4.2 地址分配与指令优化设计 69

4.2.1 地址分配 69

4.2.2 寻址方式 71

4.2.3 指令格式与优化设计 73

4.3 指令系统举例与汇编语言程序设计 77

4.3.1 80x86指令系统 78

4.3.2 汇编语言程序设计 94

习题四 99

第5章 控制器 102

5.1 程序执行过程 102

5.2 控制器的功能与组成 103

5.2.1 控制器的功能 103

5.2.2 控制器的组成 104

5.3 微操作信号发生器 106

5.3.1 组合逻辑控制器 107

5.3.2 指令执行过程举例 109

5.3.3 微程序控制器 111

习题五 116

第6章 存储器体系结构 118

6.1 存储器概述 118

6.1.1 存储器分类 118

6.1.2 存储器的主要性能指标 119

6.1.3 存储器的组成 120

6.2 随机存取存储器 122

6.2.1 基本存储单元 122

6.2.2 随机存取存储器举例 124

6.3 只读存储器 126

6.3.1 固定只读存储器 126

6.3.2 可编程只读存储器 128

6.3.3 可改写只读存储器 128

6.3.4 电擦除与快闪存储器 129

6.3.5 只读存储器举例 130

6.4 存储器与CPU的连接 133

6.4.1 位扩展 133

6.4.2 容量扩展 133

6.4.3 片选信号 134

6.5 辅助存储器 135

6.5.1 磁盘存储器 135

6.5.2 光盘存储器 139

6.6 存储器的层次结构与系统组成 142

6.6.1 存储器的层次结构 142

6.6.2 基本概念与性能参数 142

6.6.3 多体并行存储器 144

6.6.4 磁盘阵列 146

6.7 高速缓冲存储器 149

6.7.1 Cache的基本概念 149

6.7.2 Cache的组成与工作原理 150

6.7.3 地址映像与变换 151

6.7.4 Cache置换策略与主存更新 155

6.7.5 Cache性能分析 159

6.8 虚拟存储器 161

6.8.1 基本概念 161

6.8.2 虚拟存储器的管理方式 163

6.8.3 虚拟地址快速变换法 168

6.8.4 置换策略 169

6.8.5 虚拟存储器管理举例 170

6.9 存储器保护措施 174

习题六 175

第7章 常用输入输出设备 178

7.1 概述 178

7.2 常用输入设备 179

7.2.1 键盘 179

7.2.2 鼠标器 181

7.2.3 扫描仪 182

7.3 常用输出设备——显示器 184

7.3.1 CRT显示器 184

7.3.2 LCD显示器 187

7.4 常用输出设备——打印机 188

7.4.1 打印机控制系统 188

7.4.2 激光打印机 189

7.4.3 喷墨打印机 189

7.5 多媒体技术与设备 191

习题七 192

第8章 总线技术与输入输出方式 194

8.1 总线技术 194

8.1.1 总线的基本概念 194

8.1.2 总线的组成与标准 195

8.2 总线结构与总线数据传输方式 196

8.2.1 总线结构 196

8.2.2 总线数据传输方式 198

8.3 输入输出接口 199

8.3.1 输入输出接口概述 199

8.3.2 I/O接口的功能 199

8.3.3 I/O接口的组成 200

8.3.4 I/O端口编址 201

8.3.5 I/O接口分类 201

8.4 输入输出方式 202

8.4.1 直接传送方式 202

8.4.2 程序查询传送方式 204

8.4.3 中断控制传送方式 206

8.4.4 直接存储器存取方式 207

8.4.5 通道控制方式与I/O处理器 208

习题八 209

第9章 标量流水线技术 211

9.1 概述 211

9.2 标量流水线 213

9.2.1 标量流水线工作原理 213

9.2.2 标量流水线分类 215

9.2.3 流水线性能分析 216

9.2.4 流水线中的主要障碍 220

9.2.5 流水线的实现与控制 226

9.2.6 流水线的动态调度 228

9.3 指令级流水线 232

9.3.1 指令级流水线概述 232

9.3.2 超级标量流水线 232

9.3.3 超长指令字 234

9.3.4 软件流水法 236

9.3.5 超级流水机举例 237

习题九 238

第10章 向量流水与向量处理机 241

10.1 向量数据表示与自定义数据 241

10.1.1 向量数据表示 241

10.1.2 自定义数据表示 243

10.2 向量流水的工作原理 245

10.2.1 向量流水的概念与特点 245

10.2.2 向量处理机的基本组成 246

10.2.3 向量启动时间与结果流出时间 247

10.2.4 向量操作长度控制与向量访问步长 248

10.3 向量处理与增强向量处理性能的方法 250

10.3.1 向量处理方法 250

10.3.2 增强向量处理性能的方法 251

10.4 向量处理性能的评价参数与评价方法 257

10.4.1 机器向量长度与向量流水处理时间 257

10.4.2 向量流水操作中处理时间及速率与向量长度的关系 258

10.4.3 向量流水处理中与向量长度有关的参数 259

10.5 向量化编译技术 260

10.6 向量处理机举例 261

10.6.1 多向量多处理机CRAY Y-MP 816 261

10.6.2 C90 262

习题十 263

第11章 计算机互联网络技术 266

11.1 互联网络基本概念 266

11.1.1 互联网络的功能与性能指标 266

11.1.2 互联函数 269

11.2 静态互联网络 272

11.2.1 静态互联网络结构 272

11.2.2 静态互联网络特性 276

11.3 动态互联网络 277

11.3.1 总线互联方式 277

11.3.2 交叉开关互联方式 278

11.3.3 多级网络互联方式 279

11.4 消息传送与控制 287

11.4.1 消息寻径方式 287

11.4.2 虚拟通道与死锁 290

11.4.3 流控制策略 291

习题十一 294

第12章 并行处理技术与阵列机原理 296

12.1 并行处理技术 296

12.1.1 并行处理的基本概念 296

12.1.2 开发并行性的途径 297

12.2 SIMD阵列机 298

12.2.1 SIMD阵列机的基本结构 298

12.2.2 阵列机并行算法 300

12.2.3 SIMD阵列机的特点 304

12.2.4 并行存储器无冲突访问 304

12.2.5 典型SIMD阵列机举例 306

习题十二 309

第13章 并行多处理机与计算机系统结构的发展趋势 311

13.1 并行多处理机的基本结构与类型 311

13.1.1 紧耦合多处理机 311

13.1.2 松耦合多处理机 314

13.1.3 多处理机中高速缓存的一致性 315

13.2 并行多处理机技术 316

13.2.1 程序并行性分析 317

13.2.2 并行程序设计语言 318

13.2.3 多处理机操作系统 320

13.2.4 多处理机调度策略 321

13.3 并行多处理机系统的发展 322

13.3.1 大规模并行处理机 322

13.3.2 共享存储器型多处理机 325

13.3.3 并行向量多处理机 329

13.4 计算机系统结构的发展趋势 331

习题十三 333

参考文献 336