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第1章 概论 1

1.1 计算机组成与体系结构的概述 1

1.2 计算机系统的组成 2

1.2.1 计算机硬件 2

1.2.2 计算机软件 4

1.2.3 计算机系统的层次结构 5

1.2.4 计算机的工作过程 7

1.3 计算机系统的主要技术指标 9

1.3.1 机器字长 10

1.3.2 主频 11

1.3.3 存储容量 11

1.3.4 运算速度 12

1.4 计算机的发展 14

1.4.1 计算机的硬件发展 14

1.4.2 计算机体系结构的发展 16

1.5 Pentium和PowerPC 19

1.5.1 Pentium 19

1.5.2 PowerPC 19

习题1 20

第2章 存储系统 21

2.1 存储系统概述 21

2.1.1 存储体系 21

2.1.2 存储器分类 22

2.1.3 存储器的主要性能指标 24

2.2 主存储器 24

2.2.1 主存储器的基本组成 24

2.2.2 RAM 26

2.2.3 ROM 34

2.2.4 半导体存储器的容量扩展 37

2.2.5 并行存储技术 42

2.3 高速缓冲存储器 45

2.3.1 Cache的基本工作原理 46

2.3.2 Cache—主存地址映像与变换 48

2.3.3 Cache替换策略 54

2.3.4 Cache性能分析 55

2.3.5 多级Cache系统 57

2.3.6 典型Cache组织 58

2.4 虚拟存储器 59

2.4.1 页式虚拟存储器 60

2.4.2 段式虚拟存储器 63

2.4.3 段页式虚拟存储器 65

习题2 66

第3章 运算方法与运算器 71

3.1 定点数的表示 71

3.2 定点数的加减法运算 72

3.2.1 补码的加减法运算及溢出判断 72

3.2.2 移码的加减法运算及溢出判断 76

3.3 定点数的乘法运算 78

3.3.1 定点原码一位乘 78

3.3.2 补码一位乘 81

3.3.3 原码两位乘 87

3.3.4 补码两位乘 90

3.3.5 阵列乘法器 92

3.4 定点除法运算 93

3.4.1 原码一位除 93

3.4.2 补码一位除 96

3.5 浮点数的表示 96

3.5.1 一般表示方式 97

3.5.2 IEEE 754格式 98

3.6 浮点数的运算 99

3.6.1 浮点数的加减法运算 99

3.6.2 浮点数的乘除法运算 103

3.7 运算器 104

3.7.1 加法器 104

3.7.2 算术逻辑单元 108

3.7.3 定点运算器 112

3.7.4 浮点运算器 114

3.8 数据校验码 114

3.8.1 基本概念 114

3.8.2 奇偶校验码 115

3.8.3 海明校验码 116

3.8.4 循环冗余校验码 119

习题3 122

第4章 指令系统 125

4.1 机器指令特征 125

4.2 寻址技术 126

4.2.1 立即数寻址方式 126

4.2.2 寄存器寻址方式 127

4.2.3 直接寻址方式 127

4.2.4 间接寻址方式 128

4.2.5 基址寻址方式 128

4.2.6 变址寻址方式 129

4.2.7 相对寻址方式 130

4.2.8 堆栈寻址方式 130

4.3 指令系统的设计 131

4.3.1 编码设计 131

4.3.2 功能设计 135

4.4 指令系统的种类 136

4.4.1 精简指令系统 136

4.4.2 复杂指令系统 137

4.5 Pentium 4和PowerPC 620的指令系统 138

4.5.1 Pentium 4指令系统 138

4.5.2 PowerPC 620指令系统 140

习题4 141

第5章 控制器 143

5.1 控制器的功能和基本结构 143

5.1.1 控制器的功能 143

5.1.2 控制器的组成 144

5.1.3 寄存器的组织 145

5.1.4 控制器的实现 147

5.2 时序系统与控制方式 147

5.2.1 指令周期和机器周期 147

5.2.2 节拍和脉冲 148

5.2.3 多级时序系统 149

5.2.4 控制器的控制方式 150

5.3 微程序控制 151

5.3.1 基本概念 152

5.3.2 基本原理 153

5.3.3 设计技术 158

5.3.4 微指令的格式设计 164

5.3.5 微指令的执行方式 165

5.4 硬布线控制器 166

5.5 典型微处理器 169

5.5.1 Pentium微处理器 169

5.5.2 PowerPC处理器 170

习题5 171

第6章 输入输出系统 172

6.1 概述 172

6.1.1 I/O接口 172

6.1.2 I/O方式 176

6.1.3 总线 177

6.2 程序直接控制方式 177

6.2.1 程序查询方式工作流程 178

6.2.2 程序查询方式接口 179

6.3 程序中断方式 180

6.3.1 中断的基本概念 180

6.3.2 中断方式的工作流程 181

6.3.3 多重中断和中断屏蔽技术 184

6.3.4 程序中断方式接口 187

6.4 DMA方式 189

6.4.1 DMA方式的基本概念 190

6.4.2 DMA控制器的组成及传送过程 190

6.5 I/O通道方式 193

6.5.1 概述 193

6.5.2 通道的工作原理 193

6.5.3 通道的类型 194

6.5.4 通道的流量 196

6.6 输入输出处理机 197

6.7 总线 197

6.7.1 总线的基本概念 197

6.7.2 总线结构 200

6.7.3 总线仲裁和数据传送控制 201

6.8 输入／输出（I/O）设备 204

6.8.1 输入设备 204

6.8.2 输出设备 205

习题6 207

第7章 计算机体系结构 209

7.1 指令的重叠执行技术 209

7.1.1 指令的重叠执行方式 209

7.1.2 先行控制方式的原理和结构 211

7.2 流水线技术 213

7.2.1 流水线的工作原理 214

7.2.2 流水线的分类 216

7.2.3 流水线的相关问题 219

7.3 超标量处理机和超流水线处理机 224

7.3.1 超标量处理机 224

7.3.2 超流水线处理机 226

7.3.3 超标量超流水线处理机 227

7.4 并行计算机 228

7.4.1 Flynn分类 228

7.4.2 SIMD 230

7.4.3 MIMD 233

7.5 Pentium 4和PowerPC 620的处理机结构 237

7.5.1 Pentium 4处理器 237

7.5.2 PowerPC 620处理器 239

习题7 240

参考文献 243