计算机组成原理与系统结构 第2版PDF电子书下载

第1章 计算机组成原理概论 1

1.1计算机系统的发展与应用 1

1.1.1计算机的产生 1

1.1.2计算机的发展 3

1.1.3微型计算机的发展 6

1.1.4计算机的应用 9

1.2计算机的分类和性能指标 12

1.2.1按计算机体系结构分类 12

1.2.2按计算机的用途分类 14

1.2.3按计算机的使用方式分类 14

1.2.4按计算机的规模分类 15

1.2.5计算机的性能指标 16

1.3计算机系统的基本组成 18

1.3.1计算机硬件系统 19

1.3.2计算机软件系统 21

1.3.3计算机系统的层次结构 23

本章小结 25

习题1 26

第2章 计算机硬件基础 27

2.1半导体器件的开关特性 27

2.1.1二极管的开关特性 27

2.1.2三极管的开关特性 29

2.1.3 MOS管的开关特性 30

2.2基本逻辑运算和基本门电路 30

2.2.1逻辑变量和逻辑表达式 30

2.2.2逻辑门 31

2.2.3逻辑代数的基本定律 35

2.2.4逻辑函数的化简 36

2.3组合逻辑电路实例 41

2.3.1加法器 42

2.3.2算术逻辑部件 45

2.3.3译码器 48

2.3.4数据选择器 50

2.4时序逻辑电路 51

2.4.1触发器和锁存器 51

2.4.2寄存器 53

2.4.3移位寄存器 53

2.4.4计数器 54

2.5计算机芯片的制造过程 58

2.5.1制造芯片的准备阶段 59

2.5.2光刻蚀 60

2.5.3掺杂 60

2.5.4测试、切割和封装 61

本章小结 62

习题2 62

第3章 信息编码与数据表示 65

3.1数值数据的表示 65

3.1.1进位计数制 65

3.1.2不同数制之间数的相互转换 67

3.1.3十进制数的编码 68

3.2数据格式 71

3.2.1机器数 71

3.2.2小数点的表示方法 72

3.3定点机器数表示方法 74

3.3.1原码表示法 74

3.3.2补码表示法 75

3.3.3反码表示法 77

3.3.4移码表示法 78

3.3.5定点机器数转换 79

3.4浮点机器数表示方法 81

3.4.1浮点数的格式 81

3.4.2浮点数的规格化表示 82

3.4.3浮点数的表示范围 84

3.5非数值数据的表示 85

3.5.1字符编码 85

3.5.2汉字编码 88

3.6校验码 91

3.6.1奇偶校验码 92

3.6.2海明校验码 93

3.6.3循环冗余检验码 95

3.7现代计算机系统的数据表示 99

本章小结 100

习题3 101

第4章 运算方法与运算器 104

4.1定点数的加减运算及实现 104

4.1.1补码加减运算及运算器 104

4.1.2机器数的移位运算 108

4.1.3移码加减运算与判溢 110

4.1.4十进制加法运算 111

4.2定点数的乘法运算及实现 112

4.2.1原码乘法及实现 113

4.2.2补码乘法及实现 116

4.2.3阵列乘法器 120

4.3定点数除法运算及实现 122

4.3.1原码除法及实现 123

4.3.2补码除法及实现 127

4.3.3阵列除法器 131

4.4定点运算器的组成与结构 132

4.4.1定点运算器的组成 132

4.4.2定点运算器的内部总线结构与通路 133

4.4.3标志寄存器 137

4.5浮点运算及运算器 138

4.5.1浮点加减运算 138

4.5.2浮点乘法运算 143

4.5.3浮点除法运算 145

4.5.4浮点运算器 148

4.6浮点运算器举例 149

4.6.1 80x87算术协处理器 149

4.6.2浮点运算流水线 155

本章小结 156

习题4 157

第5章 存储体系 160

5.1存储体系概述 160

5.1.1存储器的分类 160

5.1.2存储器的层次结构 161

5.2主存储器 163

5.2.1主存储器性能指标 163

5.2.2主存储器的工作原理 164

5.2.3随机读写存储器 165

5.2.4只读存储器 175

5.2.5高性能的主存储器 177

5.3主存储器与CPU的连接 179

5.3.1存储器芯片介绍 180

5.3.2存储容量的扩展 181

5.3.3主存储器与CPU的连接 183

5.4高速存储器 188

5.4.1双端口存储器 188

5.4.2多体交叉存储器 190

5.4.3相联存储器 193

5.5高速缓冲存储器 194

5.5.1 Cache的基本原理 195

5.5.2主存储器与Cache的地址映射方式 197

5.5.3替换算法 200

5.5.4写策略 201

5.5.5 Cache的多层次设计 202

5.6虚拟存储器 205

5.7外存储器 207

5.7.1磁盘存储器 207

5.7.2 RAID 210

5.7.3光盘存储器 214

5.7.4闪速存储器 215

5.8存储保护 220

5.9 IA32架构的存储系统举例 221

5.9.1P6微架构下的Cache 221

5.9.2 Intel NetBurst微架构下的Cache 223

5.9.3 Intel Core微架构的多核高效内存管理技术 224

本章小结 227

习题5 227

第6章 指令系统 230

6.1指令系统概述 230

6.1.1指令与指令系统 230

6.1.2指令系统的要求 231

6.2指令格式 232

6.2.1指令操作码与地址码 232

6.2.2指令的操作码扩展 234

6.3寻址方式 235

6.3.1指令寻址 236

6.3.2数据寻址 236

6.4指令类型 242

6.5指令系统的发展 244

6.5.1指令系统的发展历程 244

6.5.2 CISC的特点 245

6.5.3 RISC的特点 246

6.6指令系统举例 247

6.6.1 Pentium指令系统（CISC） 247

6.6.2 MIPS32指令系统（RISC） 250

6.6.3模型机指令系统 253

本章小结 258

习题6 259

第7章 控制器 264

7.1控制器的组成及指令的执行 264

7.1.1基本的计算机组成和功能 264

7.1.2控制器的组成 266

7.1.3时序及控制方式 267

7.2数据通路和指令的执行过程 271

7.2.1简单计算机系统的数据通路 271

7.2.2简单计算机系统主机各部件的实现方案 274

7.2.3简单计算机系统中指令的执行过程 276

7.2.4 MIPS单周期CPU的数据通路和指令的执行过程 280

7.3硬布线控制器 291

7.3.1控制器的设计方法 291

7.3.2硬布线控制器的结构与原理 292

7.3.3硬布线控制器的时序系统 293

7.3.4硬布线控制器设计举例 296

7.3.5 MIPS硬布线多周期CPU的设计 303

7.4微程序控制器 319

7.4.1微程序控制的基本概念和工作原理 320

7.4.2简单微程序控制器的设计 321

7.4.3微程序设计技术 325

7.4.4微程序控制方式下模型机的设计实例 334

7.4.5微程序控制器与硬布线控制器的比较 346

本章小结 346

习题7 347

第8章 输入输出系统 352

8.1概述 352

8.1.1输入输出系统的构成 352

8.1.2外设与CPU的连接 354

8.1.3 I/O指令格式 355

8.2输入输出接口 356

8.2.1I/O接口的功能 356

8.2.2 I/O接口的组成 357

8.3主机与外设交换信息的方式 359

8.3.1程序查询方式 359

8.3.2程序中断方式 360

8.3.3直接存储器访问方式 361

8.3.4通道与输入输出处理机方式 361

8.4中断系统 362

8.4.1中断的基本概念 362

8.4.2中断请求与判优 365

8.4.3中断响应 371

8.4.4中断服务与返回 373

本章小结 376

习题8 377

第9章 总线 379

9.1总线的基本概念 379

9.1.1总线的特性 379

9.1.2总线的分类 380

9.1.3总线的性能指标 381

9.2系统总线的结构 382

9.3总线信息的传送方式 385

9.4总线仲裁和定时 386

9.4.1总线仲裁 386

9.4.2总线的定时 390

9.5实用总线标准 391

9.5.1 ISA总线 391

9.5.2 EISA总线 392

9.5.3 PCI总线 392

9.5.4 PCI Express总线 397

9.5.5 RS-232C/RS-485接口总线 400

9.5.6 USB接口总线 402

9.5.7 IEEE 1394接口总线 404

本章小结 404

习题9 405

第10章 流水线与并行处理技术 408

10.1流水线原理 408

10.1.1流水线基本概念 408

10.1.2流水线分类 411

10.1.3流水线性能分析 413

10.2流水线相关及处理 418

10.2.1结构相关 419

10.2.2数据相关 420

10.2.3控制相关 424

10.2.4流水线的中断与处理 429

10.3流水线的调度方法 430

10.3.1非线性流水线的静态调度技术 430

10.3.2流水线的动态调度技术 433

10.4高级流水线技术 437

10.4.1超标量流水线技术 438

10.4.2超流水线技术 444

10.4.3超标量超流水线技术 446

10.4.4超长指令字技术 447

10.4.5向量流水技术 449

10.5并行处理技术 457

10.5.1并行处理技术的基本概念 457

10.5.2 SIMD阵列处理机 458

10.5.3多处理机系统 460

10.6 Pentium微处理器的系统结构 465

10.6.1 PentiumⅡ微处理器 465

10.6.2 Pentium 4微处理器 468

10.7片上多核处理器架构 470

10.7.1 Intel Core微架构 471

10.7.2 IBM Cell架构 475

本章小结 477

习题10 478

参考文献 483