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第1章 计算机系统概述 1

1.1 计算机的发展历程 1

1.1.1 电子管计算机时代（1946—1959） 1

1.1.2 晶体管计算机时代（1959—1964） 2

1.1.3 中小规模集成电路计算机时代（1964—1970） 2

1.1.4 大规模、超大规模集成电路计算机时代（1970至今） 2

1.2 计算机系统的层次结构 3

1.2.1 计算机硬件的基本组成 4

1.2.2 计算机软件的分类 5

1.2.3 计算机的工作过程 5

1.3 计算机的性能指标 5

1.3.1 机器字长 5

1.3.2 运算速度 5

1.3.3 吞吐量和响应时间 6

1.4 计算机的分类和应用领域 7

1.4.1 计算机的分类 7

1.4.2 计算机的应用领域 9

本章小结 11

习题 11

第2章 数据的表示和运算 12

2.1 数制与编码 12

2.1.1 进位记数制及其相互转换 12

2.1.2 真值和机器数 15

2.1.3 BCD码 15

2.1.4 字符与字符串 17

2.1.5 校验码 20

2.2 定点数的表示和运算 27

2.2.1 定点数的表示 27

2.2.2 定点数的运算 30

2.3 浮点数的表示和运算 43

2.3.1 浮点数的表示 43

2.3.2 浮点数的加／减运算 46

2.3.3 浮点数的乘／除运算 48

2.4 算术逻辑单元ALU 49

2.4.1 串行加法器和并行加法器 49

2.4.2 算术逻辑单元ALU的功能和机构 53

本章小结 56

习题 56

第3章 存储器层次结构 58

3.1 存储器的分类 58

3.1.1 按存储器在计算机系统中的作用分类 58

3.1.2 按存取方式分类 58

3.1.3 按存储介质分类 59

3.1.4 按信息的可保存性分类 60

3.2 存储器的层次化结构 60

3.3 半导体随机存储器 61

3.3.1 SRAM 61

3.3.2 DRAM 65

3.4 非易失性存储器 72

3.5 主存储器与CPU的连接 73

3.5.1 存储容量的扩展 74

3.5.2 主存储器与CPU的连接 76

3.6 双端口RAM和多体交叉存储器 77

3.6.1 双端口RAM 77

3.6.2 多体交叉存储器 79

3.7 高速缓冲存储器 80

3.7.1 程序访问的局部性 81

3.7.2 Cache的基本工作原理 81

3.7.3 Cache和主存之间的映射方式 82

3.7.4 Cache中主存块的替换算法 86

3.7.5 Cache写策略 86

3.8 虚拟存储器 87

3.8.1 虚拟存储器的基本概念 87

3.8.2 主存-辅存层次与Cache-主存层次的比较 88

3.8.3 主存-辅存层次信息传送单位和存储管理 88

本章小结 90

习题 91

第4章 指令系统 93

4.1 指令格式 93

4.1.1 指令的基本格式 93

4.1.2 定长操作码指令格式 95

4.1.3 扩展操作码指令格式 96

4.1.4 Pentium指令格式 97

4.2 指令的寻址方式 98

4.2.1 有效地址 98

4.2.2 数据寻址和指令寻址 98

4.2.3 常见寻址方式 99

4.3 指令系统设计举例 102

4.4 CISC和RISC的基本概念 104

4.4.1 CISC 104

4.4.2 RISC 105

4.4.3 扩展指令集 107

本章小结 108

习题 108

第5章 中央处理器（CPU） 111

5.1 CPU的功能和基本结构 111

5.1.1 CPU的功能 111

5.1.2 CPU的基本结构 112

5.2 数据通路的功能和基本结构 112

5.2.1 数据通路的功能 112

5.2.2 数据通路的基本结构 113

5.3 指令执行过程 114

5.3.1 时序系统 114

5.3.2 指令的执行过程 116

5.3.3 指令执行过程举例 116

5.4 控制器的功能和工作原理 121

5.4.1 硬布线控制器 122

5.4.2 微程序控制器 128

5.5 指令流水线 143

5.5.1 指令流水线的基本概念 143

5.5.2 超标量和超流水线的基本概念 147

本章小结 147

习题 148

第6章 总线 150

6.1 总线概述 150

6.1.1 总线的基本概念 150

6.1.2 总线的分类 150

6.1.3 总线标准及性能指标 155

6.2 总线仲裁 157

6.2.1 集中式仲裁方式 157

6.2.2 分布式仲裁方式 159

6.3 总线操作和定时 159

6.3.1 总线操作 159

6.3.2 总线定时 160

6.4 常见总线 161

6.4.1 内部总线 161

6.4.2 外部总线 166

本章小结 171

习题 171

第7章 输入输出（I/O）系统 172

7.1 I/O系统基本概念 172

7.2 外部设备 173

7.2.1 输入设备 173

7.2.2 输出设备 175

7.2.3 外存储器 180

7.3 I/O接口（I/O控制器） 187

7.3.1 I/O接口的功能和基本结构 188

7.3.2 I/O端口及其编址 189

7.4 I/O方式 194

7.4.1 程序直接控制方式 194

7.4.2 程序中断方式 197

7.4.3 DMA方式 202

7.4.4 通道控制方式和外围处理机方式 204

本章小结 208

习题 209

第8章 流水线处理技术 212

8.1 流水线的基本概念 212

8.2 流水线的性能分析和实现原理 217

8.3 指令级并行技术简介 231

本章小结 234

习题 235

第9章 并行计算机体系结构 237

9.1 并行计算机系统结构概述 237

9.2 并行计算机系统的设计问题 242

9.2.1 并行计算机系统的互连网络 242

9.2.2 并行计算机系统的性能问题 251

9.2.3 并行计算机系统的软件问题 252

9.3 SIMD计算机简介 253

9.4 MIMD多处理机简介 254

9.5 MIMD多计算机简介 259

本章小结 262

习题 263

参考文献 264