计算机组成与设计PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1计算机的发展史 1

1.1.1发展经历 1

1.1.2摩尔定律 2

1.2计算机的基本组成 4

1.2.1硬件系统 4

1.2.2软件系统 7

1.3计算机的分类及性能描述 8

1.3.1计算机的分类 8

1.3.2计算机的性能描述 10

习题 18

第2章 计算机中的数据表示 19

2.1数据编码 19

2.1.1数值数据的编码 19

2.1.2数据的浮点表示 26

2.1.3 BCD码 32

2.2非数值数据的编码 34

2.2.1 ASCII码 34

2.2.2汉字编码 35

2.3检错与纠错编码 38

2.3.1奇偶校验码 39

2.3.2海明码 40

2.3.3循环冗余校验码（CRC码） 43

习题 45

第3章 运算方法与运算器 49

3.1定点数运算 49

3.1.1加减运算 49

3.1.2乘法运算 57

3.1.3除法运算 65

3.2算术逻辑单元 71

3.2.1单元电路 71

3.2.2算术逻辑单元ALU 73

3.2.3运算器的结构 74

3.3浮点运算 76

3.3.1加减运算 76

3.3.2浮点乘除运算 79

3.3.3浮点数运算的实现 81

习题 82

第4章 指令系统与汇编语言 86

4.1指令格式 86

4.1.1概述 86

4.1.2指令格式的描述 87

4.1.3指令设计 89

4.2寻址方式 92

4.2.1 8086处理器中的内部寄存器 92

4.2.2 8086 CPU的寻址方式 95

4.3 8086（88）的指令系统 99

4.3.1传送指令 99

4.3.2算术运算指令 104

4.3.3逻辑运算和移位循环指令 109

4.3.4串操作指令 113

4.3.5程序控制指令 115

4.3.6处理器控制指令 118

4.3.7输入 输出指令 119

4.3.8位操作指令 120

4.3.9其他指令 121

4.4汇编语言及其程序设计 121

4.4.1汇编语言的语句格式 121

4.4.2常数 123

4.4.3伪指令 123

4.4.4汇编语言的运算符 128

4.4.5汇编语言源程序的结构 129

4.4.6汇编语言程序设计 130

4.5精减指令集计算机（RISC） 136

4.5.1指令系统的从简到繁 136

4.5.2精减指令集计算机的特点 137

习题 138

第5章 处理器（CPU）设计 141

5.1 CPU的结构 141

5.1.1 CPU的功能 141

5.1.2构成CPU的主要部件 142

5.2指令系统设计 144

5.2.1设计寻址方式 144

5.2.2指令的设计 145

5.3 CPU执行指令的过程 149

5.3.1指令时序 149

5.3.2指令执行过程分析 152

5.4 CPU的部件设计 158

5.4.1熟悉部件的回顾 158

5.4.2指令执行的详细说明 160

5.4.3组合逻辑控制器设计 164

5.4.4微程序控制器设计 166

习题 178

第6章 流水线技术 182

6.1概述 182

6.1.1流水线概述 182

6.1.2流水线的分类 184

6.2流水线的性能分析 187

6.2.1吞吐率 187

6.2.2加速比 190

6.2.3效率 191

6.3流水线中的相关 193

6.3.1概述 193

6.3.2结构相关 194

6.3.3数据相关 196

6.3.4控制相关 198

6.3.5流水线的中断处理 203

6.3.6带成功开销的流水线性能 206

6.4指令级并行 206

6.4.1指令级并行概述 206

6.4.2提高指令级并行的方法 208

6.5其他有关技术 217

6.5.1超标量处理机 217

6.5.2超流水线处理机 218

6.5.3超标量超流水线处理机 219

6.5.4超长指令字处理机 220

习题 221

第7章 存储系统 222

7.1存储系统概述 222

7.1.1存储系统的层次结构 222

7.1.2存储器分类 222

7.1.3存储器的性能指标 223

7.2内部存储器（主存储器） 225

7.2.1随机读写存储器RAM 225

7.2.2只读存储器ROM 235

7.2.3动态读写存储器DRAM 239

7.2.4其他存储器 241

7.3高速缓冲存储器 245

7.3.1工作原理 245

7.3.2替换算法 251

7.3.3主存——cache内容的一致性问题 252

7.3.4 cache性能分析 253

7.4虚拟存储器 255

7.4.1虚拟存储器的概念 255

7.4.2虚拟存储器的管理 255

7.4.3几点说明 259

习题 260

第8章 输入 输出系统 264

8.1总线 264

8.1.1概述 264

8.1.2总线的信息传送 266

8.1.3典型总线介绍 270

8.2输入 输出基本原理 278

8.2.1外部设备 278

8.2.2程序控制输入 输出技术 299

8.3中断方式 303

8.3.1中断的基本概念 304

8.3.2中断优先级控制 306

8.3.3 8086（88）的中断系统 308

8.3.4中断控制器8259 312

8.4直接存储器存取（DMA） 323

8.4.1 DMA概述 323

8.4.2常用的方法 324

8.4.3 DMA的一般过程 325

8.5通道方式 326

8.5.1通道方式的特点 326

8.5.2通道的类型 327

8.5.3通道的发展 328

8.6几种常见的接口芯片 328

8.6.1可编程并行接口8255 328

8.6.2可编程定时器8253 337

8.6.3可编程串行接口8250 344

习题 355

第9章 多机系统 358

9.1概述 358

9.1.1并行处理 358

9.1.2并行计算机分类 359

9.2多机互联网络 363

9.2.1互连函数 363

9.2.2静态互联网络 367

9.2.3动态互联网络 370

9.3对称多处理机系统 383

9.3.1对称多处理机（SMP）构成 383

9.3.2多机系统的性能分析 385

9.3.3对称多处理机系统cache一致性 388

9.3.4多处理机系统的调度与负载平衡 394

9.4分布式共享存储器多机系统 400

9.4.1分布式共享存储器多机系统结构 400

9.4.2 CC-NUMA系统 401

9.5多机系统其他结构形式 403

9.5.1大规模并行处理（MPP）系统 403

9.5.2集群（Cluster）系统 405

9.5.3向量处理机 407

9.5.4高性能计算机的发展 410

习题 413

第10章 基于EDA的计算机设计 415

10.1概述 415

10.1.1数字系统设计的发展 415

10.1.2数字系统的设计方法 416

10.2设计语言与工具 417

10.2.1 EDA工具软件分类 417

10.2.2硬件描述语言HDL 418

10.2.3 System C 428

10.2.4 QUARTUS Ⅱ 430

10.3基于V HDL的CPU设计 431

10.3.1单元电路的设计 431

10.3.2 CPU设计概要 443

10.4 SOC设计 455

10.4.1概述 455

10.4.2 SOC片内总线 460

10.4.3 IP核设计与复用 468

10.4.4 SOC设计举例 474

10.5基于可配置处理器的SOC设计 477

10.5.1问题的由来 477

10.5.2 Tensilica Xtensa可配置处理器 478

习题 485

参考文献 486