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第一部分 起始篇 4

第1章 计算机系统体系结构 4

1.1什么是计算机系统体系结构 7

1.2体系结构和组成 11

1.2.1计算机系统和技术 14

1.2.2计算机体系结构在计算机科学中的地位 14

1.3计算机的发展 16

1.3.1机械计算机 17

1.3.2机电式计算机 19

1.3.3早期的电子计算机 19

1.3.4微机和PC革命 20

1.3.5摩尔定律和进步的历程 21

1.3.6存储技术发展 22

1.3.7普适计算 23

1.3.8多媒体计算机 23

1.4存储程序计算机 24

1.4.1问题描述 24

1.4.2解决方法 24

1.4.3构造一个算法 26

1.4.4计算机需要通过什么来解决问题 27

1.4.5存储器 29

1.5存储程序的概念 31

1.6计算机系统概览 35

1.6.1存储层次 35

1.6.2总线 37

1.7现代计算 39

本章小结 39

习题 40

第2章 计算机算术 42

2.1数据是什么 43

2.1.1位与字节 43

2.1.2位模式 44

2.2数字 48

2.2.1位置记数法 48

2.3.二进制运算 49

2.4有符号整数 52

2.4.1符号及值表示法 52

2.4.2二进制补码运算 53

2.5乘除法简介 53

2.5.1移位运算 55

2.5.2无符号二进制乘法 56

2.5.3快速乘法 57

2.5.4除法 59

2.6浮点数 63

2.6.1 IEEE浮点数 64

2.7浮点运算 68

2.8浮点运算和程序员 70

2.8.1浮点运算中的误差传播 71

2.8.2生成数学函数 72

本章小结 74

习题 74

第二部分 指令集体系结构 79

第3章 体系结构与组成 79

3.1存储程序计算机 79

3.1.1扩展处理器：常量处理 84

3.1.2扩展处理器：流控制 85

3.2 1SA的组成 93

3.2.1寄存器 94

3.2.2寻址方式概述 96

3.2.3指令格式 98

3.2.4操作码与指令 99

3.3 ARM指令集体系结构 101

3.3.1 ARM寄存器集 103

3.3.2 ARM指令集 103

3.4 ARM汇编语言 104

3.4.1 ARM程序结构 105

3.4.2汇编器的实际考虑因素 107

3.4.3伪指令 110

3.5 ARM数据处理指令 112

3.5.1算术指令 113

3.5.2位操作 116

3.5.3移位操作 117

3.5.4指令编码——洞察ARM体系结构 121

3.6 ARM的流控制指令 121

3.6.1无条件分支 122

3.6.2条件分支 122

3.6.3测试与比较指令 123

3.6.4分支与循环结构 124

3.6.5条件执行 124

3.7 ARM寻址方式 126

3.7.1立即数寻址 127

3.7.2寄存器间接寻址 129

3.7.3带偏移量的寄存器间接寻址 131

3.7.4 ARM的自动前索引寻址方式 134

3.7.5 ARM的自动后索引寻址方式 136

3.7.6程序计数器相对寻址 136

3.7.7 ARM的load与store指令编码 136

3.8子程序调用与返回 138

3.8.1 ARM对子程序的支持 139

3.8.2条件子程序调用 141

3.9 ARM代码实例 141

3.9.1计算绝对值 141

3.9.2字节操作与拼接 141

3.9.3字节逆转 142

3.9.4乘以2n-1或2n＋1 142

3.9.5多条件的使用 143

3.9.6只用一条指令 143

3.9.7实现多段程序 143

3.9.8简单位级逻辑操作 144

3.9.9十六进制字符转换 144

3.9.10输出十六进制字符 144

3.9.11打印横幅 145

3.10子程序与栈 145

3.10.1子程序调用与返回 147

3.10.2子程序嵌套 148

3.10.3叶子程序 150

3.11数据的大小与排列 150

3.11.1数据组织与端格式 150

3.11.2数据组织和ARM 152

3.11.3块移动指令 156

3.12整合——将所有内容放在一起 160

本章小结 163

习题 163

第4章 指令集体系结构——广度和深度 168

4.1数据存储和栈 170

4.1.1存储和栈 172

4.1.2通过栈传递参数 179

4.2特权模式和异常 187

4.3 MIPS：另一种RISC 190

4.3.1 MIPS数据处理指令 193

4.4数据处理与数据传送 195

4.4.1不可见的交换指令 198

4.4.2双精度移位 199

4.4.3压缩和解压缩指令 200

4.4.4边界测试 201

4.4.5位字段数据 202

4.4.6循环 206

4.5存储器间接寻址 207

4.6压缩代码、RISC、 Thumb和MIPS 16 213

4.6.1 Thumb指令集体系结构 214

4.6.2 MIPS 16 219

4.7变长指令 220

本章小结 224

习题 224

第5章 计算机体系结构与多媒体 229

5.1高性能计算应用 230

5.1.1图像处理 233

5.2多媒体的影响——重新使用ClSC 243

5.3 SIMD处理简介 246

5.3.1 SIMD技术的应用 254

5.4流扩展和SIMD技术的发展 259

5.4.1浮点软件扩展 261

5.4.2 Intel的第三层多媒体扩展 263

5.4.3 Intel SSE3和SSE4指令 264

5.4.4 ARM系列处理器的多媒体指令 265

本章小结 267

习题 267

第三部分 组成和效能 272

第6章 处理器控制 272

6.1通用数字处理器 274

6.1.1微程序 277

6.1.2生成微操作 282

6.2 RISC的组成 286

6.2.1寄存器-寄存器数据通路 289

6.2.2单周期直通计算机的控制 292

6.3流水线简介 295

6.3.1加速比 298

6.3.2实现流水线 299

6.3.3冒险 305

6.4分支和分支开销 312

6.4.1分支方向 313

6.4.2流水线中分支的影响 314

6.4.3分支开销 315

6.4.4延迟分支 317

6.5分支预测 320

6.6动态分支预测 322

6.6.1分支目标缓冲 325

6.6.2两级分支预测 328

本章小结 332

习题 332

参考文献 340