第1章 绪论 1
1.1 计算机发展与应用 1
1.2 计算机系统的基本组成及其层次结构 4
1.2.1 计算机系统的基本功能 4
1.2.2 计算机系统的基本硬件结构 6
1.2.3 计算机系统的基本软件结构 7
1.3 计算机的体系结构与发展 8
1.3.1 计算机的体系结构 8
1.3.2 计算机组成与实现 9
1.3.3 现代计算机体系结构 9
1.4 新型计算机与技术研究进展 10
本章小结 15
习题 15
第2章 运算方法与运算器 16
2.1 数据的表示——常用的信息编码 16
2.1.1 数值数据的表示 16
2.1.2 字符类型数据的表示 25
2.1.3 逻辑数据的表示 28
2.1.4 校验码 28
2.2 定点加、减法运算 29
2.2.1 补码加、减运算 29
2.2.2 溢出的概念与检测方法 31
2.2.3 基本的二进制加／减法器 33
2.2.4 十进制加法器 34
2.3 定点乘法运算 35
2.3.1 原码并行乘法 35
2.3.2 补码并行乘法 40
2.4 定点除法运算 43
2.4.1 原码除法运算原理 43
2.4.2 并行除法器 44
2.5 定点运算器的组成 47
2.5.1 逻辑运算 47
2.5.2 多功能算术／逻辑运算单元 49
2.6 浮点运算方法和浮点运算器 54
2.6.1 浮点加、减法运算 54
2.6.2 浮点乘、除法运算 57
2.6.3 浮点运算流水线 59
2.6.4 浮点运算器实例 62
本章小结 63
习题 64
第3章 指令系统 66
3.1 指令系统概述 66
3.1.1 指令系统的发展 66
3.1.2 指令系统的设计要求 67
3.1.3 计算机语言与硬件结构的关系 68
3.2 指令格式 68
3.2.1 操作码 69
3.2.2 地址码 69
3.2.3 指令字长度 70
3.2.4 指令助记符 71
3.2.5 指令格式举例 71
3.3 寻址方式 73
3.3.1 指令的寻址方式 73
3.3.2 操作数寻址方式 74
3.3.3 堆栈寻址方式 78
3.3.4 寻址方式应用举例 81
3.4 指令系统 82
3.4.1 指令的分类 82
3.4.2 精简指令系统 85
3.4.3 指令系统和汇编程序的设计 86
本章小结 87
习题 87
第4章 中央处理器 89
4.1 CPU的组成和功能 89
4.1.1 CPU的功能 89
4.1.2 CPU的组成及基本寄存器 90
4.1.3 操作控制器与时序产生器 92
4.2 指令周期 92
4.2.1 指令周期的基本概念 92
4.2.2 典型指令的指令周期分析 94
4.2.3 指令周期的方框图表示方法 101
4.3 时序及控制信号 103
4.3.1 控制部件的功能和组成 103
4.3.2 时序信号的作用和分级体制 103
4.3.3 时序信号产生器 104
4.3.4 控制信号的产生方法及控制方式 107
4.4 硬布线控制器部件 109
4.4.1 硬布线控制器的基本组成和工作原理 109
4.4.2 硬布线控制器的设计与实现 110
4.5 微程序控制器部件 111
4.5.1 微程序控制器的基本组成和工作原理 111
4.5.2 微命令编码方式 119
4.5.3 微地址的形成方法 119
4.5.4 微指令的格式 121
4.5.5 动态微程序设计 122
本章小结 123
习题 123
第5章 存储系统 126
5.1 存储器系统概述 126
5.1.1 存储器的分类 126
5.1.2 存储器的分级结构 128
5.2 主存储器的组成与设计 129
5.2.1 主存储器的作用及分类 129
5.2.2 静态存储器 129
5.2.3 动态存储器 133
5.2.4 主存储器与CPU的连接 137
5.2.5 主存的读写周期 140
5.2.6 主存储器的技术指标 142
5.2.7 提高主存储器性能的途径 142
5.2.8 内存条 146
5.3 高速缓冲存储器 150
5.3.1 高速缓冲存储器的运行原理 150
5.3.2 高速缓冲存储器的映射方式 152
5.3.3 替换策略 157
5.4 只读存储器和闪速存储器 158
5.4.1 只读存储器 158
5.4.2 闪速存储器 158
5.5 虚拟存储器 161
5.5.1 虚拟存储器的运行原理 162
5.5.2 段式存储管理 163
5.5.3 页式存储管理 164
5.5.4 段页式存储管理 165
5.6 存储保护 167
5.6.1 存储区域保护 167
5.6.2 访问方式保护 169
5.7 辅助存储器 169
本章小结 169
习题 170
第6章 输入输出设备 172
6.1 概述 172
6.1.1 输入输出设备的一般功能 172
6.1.2 输入输出设备的分类 172
6.2 显示设备的组成和工作原理 173
6.2.1 显示设备概述 173
6.2.2 字符／图形显示器 174
6.2.3 图像显示器 177
6.2.4 IBM PC系列机的显示系统 178
6.3 打印机设备的组成和基本原理 181
6.3.1 针式打印机 182
6.3.2 喷墨打印机 184
6.3.3 激光打印机 184
6.4 计算机的输入设备 187
6.4.1 键盘 187
6.4.2 鼠标设备 188
6.5 外部存储设备 189
6.5.1 外部存储设备概述 189
6.5.2 磁盘设备 189
6.5.3 光盘设备 195
本章小结 198
习题 199
第7章 输入输出系统 200
7.1 输入输出系统概述 200
7.2 计算机总线的功能与组成 202
7.2.1 计算机总线概述 202
7.2.2 计算机总线的构成 202
7.2.3 总线仲裁和数据传输控制 206
7.3 输入输出接口概述 210
7.3.1 输入输出接口的基本功能 210
7.3.2 通用可编程接口的一般组成 210
7.3.3 接口实例 212
7.4 常用的输入输出方式概述 213
7.4.1 程序查询方式 213
7.4.2 程序中断方式 214
7.4.3 DMA方式 219
7.4.4 通道方式 224
本章小结 227
习题 229
第8章 流水线结构与技术 230
8.1 流水线的基本概念 230
8.1.1 流水线简介 230
8.1.2 流水线工作原理 231
8.2 流水线的分类方法 235
8.2.1 流水线的分级 235
8.2.2 流水线的功能 235
8.2.3 流水线的结构特征 236
8.3 流水线的性能指标 237
8.3.1 流水线的吞吐率 237
8.3.2 流水线的加速比 238
8.3.3 流水线的效率 239
8.4 流水线中的相关问题 240
8.4.1 资源相关 240
8.4.2 数据相关 241
8.4.3 控制相关 243
本章小结 245
习题 246
第9章 并行计算基础与多核技术 248
9.1 并行计算基础 248
9.1.1 并行计算机体系结构 248
9.1.2 并行计算模型 251
9.2 并行编程环境 255
9.2.1 编程语言与编译器 256
9.2.2 HPF：数据并行编程 257
9.2.3 OpenMP：共享存储并行编程 258
9.3 并行计算性能评测 258
9.3.1 并行程序执行时间 259
9.3.2 加速比性能定律 259
9.3.3 并行程序性能评价方法 261
9.4 并行超级计算机 263
9.5 超大规模集成电路与系统芯片发展 264
9.5.1 超大规模集成电路技术 264
9.5.2 系统芯片 265
9.6 多核体系结构发展概况 266
9.6.1 多核芯片 267
9.6.2 片上多核处理器体系结构 268
9.6.3 芯片组对多核的支持 269
9.7 系统软件对多核处理器的支持方法 270
9.7.1 调度与中断 270
9.7.2 输入输出系统 272
9.7.3 存储管理与文件系统 272
9.7.4 虚拟化技术 273
9.7.5 典型的支持多核的操作系统 274
本章小结 275
习题 276
参考文献 277