计算机组成原理PDF电子书下载

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第1章 计算机系统概论 1

1.1 计算机及其发展与应用 1

1.1.1 计算机及其功能特点 1

1.1.2 计算机发展的历史 2

1.1.3 未来计算机的发展 6

1.1.4 计算机应用 7

1.2 计算机的结构原理 9

1.2.1 计算机的工作原理 9

1.2.2 冯·诺依曼计算机体系结构 12

1.2.3 计算机功能部件简介 15

1.3 计算机组成实现与性能分类 17

1.3.1 计算机组成与计算机实现 17

1.3.2 计算机组成层次与互连 17

1.3.3 计算机的主要性能指标 18

1.3.4 计算机的分类 19

1.4 计算机系统及其软件 21

1.4.1 计算机系统及其软硬件等效性 21

1.4.2 计算机软件的分类 22

1.4.3 计算机系统的层次性 23

复习题 24

练习题 25

第2章 计算机组成设计实现基础 26

2.1 数据表示与指令系统概述 26

2.1.1 数据表示与二进制编码 26

2.1.2 非数值数据编码 27

2.1.3 线性结构数据表示 33

2.1.4 指令系统及其发展 34

2.2 数值数据表示 36

2.2.1 数值数据表示的相关概念 37

2.2.2 数值数据的表示格式 39

2.2.3 定点数的编码及其数值范围 41

2.2.4 定点机器数的比较与转换 47

2.2.5 定点机器数符号扩展 50

2.2.6 浮点数的编码与数值范围 50

2.3 数据校验的编译码与实现 54

2.3.1 数据校验及其基本思想 55

2.3.2 奇偶校验码 56

2.3.3 海明校验码 59

2.3.4 循环冗余校验码 63

2.4 指令格式与指令功能分类 69

2.4.1 指令格式及其结构类型 69

2.4.2 指令系统的设计要求与功能分类 74

2.4.3 数据传输指令 76

2.4.4 运算操作指令 78

2.4.5 程序控制指令 79

2.5 寻址方式与堆栈 81

2.5.1 寻址方式及其分类 81

2.5.2 指令寻址方式 82

2.5.3 操作数寻址方式 83

2.5.4 堆栈及其寻址实现 89

复习题 94

练习题 96

第3章 系统总线及其I/O接口 100

3.1 总线的基本概念 100

3.1.1 总线及其电路 100

3.1.2 总线的分类 101

3.1.3 总线的特性与性能指标 103

3.1.4 总线事务与数据传送方式 104

3.2 系统总线特性与连接结构 106

3.2.1 数据交换过程与传输线分类 106

3.2.2 总线通信的定时方式 107

3.2.3 串行传送的通信方式 111

3.2.4 总线仲裁及其仲裁方法 112

3.2.5 单机系统的连接方式 117

3.3 系统总线I/O接口 120

3.3.1 I/O接口及其分类 120

3.3.2 I/O接口的功能与结构模型 121

3.3.3 串行接口 123

3.3.4 并行接口 126

3.4 实用标准总线及其I/O接口 128

3.4.1 实用标准总线的发展历程 128

3.4.2 主流实用总线标准简介 131

3.4.3 典型实用接口标准简介 135

复习题 141

练习题 142

第4章 运算器及其设计实现 143

4.1 二进制基本加法器及其进位逻辑 143

4.1.1 二进制基本加法器与串行加法器 143

4.1.2 并行加法器及其串行进位 145

4.1.3 先行进位及其层级分时 147

4.2 定点数加减运算及其逻辑实现 154

4.2.1 补码加减的运算方法 154

4.2.2 补码加减运算上溢判断方法 158

4.2.3 补码加减运算的逻辑实现 163

4.2.4 移码加减运算及其逻辑实现 164

4.2.5 十进制加运算及其逻辑实现 167

4.3 定点数乘运算及其逻辑实现 170

4.3.1 乘法器种类与手工运算的改进 170

4.3.2 有符号数的移位与舍入规则 172

4.3.3 原码一位乘法及其逻辑实现 173

4.3.4 补码一位乘法及其逻辑实现 177

4.3.5 两位乘运算方法 180

4.3.6 阵列乘法器 185

4.4 定点数除运算及其逻辑实现 188

4.4.1 除法器种类与手工运算的改进 188

4.4.2 原码除法及其逻辑实现 190

4.4.3 补码除法及其逻辑实现 193

4.4.4 阵列除法器 199

4.5 浮点数算术运算方法与逻辑运算实现 201

4.5.1 浮点数加减运算方法 201

4.5.2 浮点数乘除运算方法 204

4.5.3 逻辑运算及其实现 207

4.6 运算器组成及其组织结构 208

4.6.1 算术逻辑运算单元与部件 209

4.6.2 SN74181 ALU集成电路芯片 211

4.6.3 定点运算器组成及其组织结构 213

4.6.4 浮点运算器组成结构 215

复习题 216

练习题 218

第5章 主存储器及其组织实现 221

5.1 存储器与存储系统的概述 221

5.1.1 存储器的访问与性能 221

5.1.2 存储器的分类及其结构 222

5.1.3 存储系统及其组织结构 224

5.1.4 二级结构存储系统及其比较 228

5.1.5 半导体存储器芯片的一般结构 229

5.2 MOS写常态存储器芯片 233

5.2.1 静态存储器芯片的结构原理 233

5.2.2 动态存储器芯片的结构原理 236

5.2.3 静态存储器芯片的读写周期 241

5.2.4 动态MOS存储器的刷新 245

5.2.5 动态MOS存储器的新技术 249

5.3 只读与混合MOS存储器芯片 251

5.3.1 只读MOS存储器芯片的结构原理 251

5.3.2 混合MOS存储器芯片的结构原理 254

5.3.3 半导体存储器芯片的特性与引脚 255

5.4 主存储器及其容量扩展组织 257

5.4.1 主机及其存储器的组成结构 257

5.4.2 主存储器的数据存放方法 259

5.4.3 主存储器模块的组织 262

5.4.4 主存储器实现及其与CPU的连接 269

5.5 主存储器带宽扩展组织 279

5.5.1 主存储器性能提高的技术途径 279

5.5.2 双端口存储器 280

5.5.3 单体多字存储器 282

5.5.4 多体多字存储器 283

复习题 288

练习题 290

第6章 控制器及其设计实现 293

6.1 控制器功能结构与实现方法 293

6.1.1 中央处理器的功能与结构 293

6.1.2 中央处理器中的寄存器 295

6.1.3 中央处理器的主要性能指标 298

6.1.4 控制器的功能与结构 299

6.1.5 控制信号序列发生器的实现方法 302

6.2 指令处理的数据通路、微操作与微命令 304

6.2.1 指令处理流程及其状态转换 304

6.2.2 指令处理的数据通路及其微操作 306

6.2.3 模型机及其微命令 309

6.3 时序信号体系及其控制实现 315

6.3.1 指令周期及其时段划分 315

6.3.2 控制器时序控制 317

6.3.3 CPU内部时序信号体系 319

6.3.4 时序信号产生器 322

6.4 微程序设计技术 326

6.4.1 微指令及其基本格式 327

6.4.2 微程序及其与指令、微指令的关系 329

6.4.3 微命令的编码方法 331

6.4.4 微指令格式的类型 334

6.4.5 微程序运行的控制方法 336

6.4.6 微程序设计 341

6.5 硬布线控制器与微程序控制器 346

6.5.1 硬布线控制器 346

6.5.2 微程序控制器 348

6.5.3 微程序控制器与硬布线控制器的比较 350

6.6 控制信号序列发生器设计 351

6.6.1 模型机指令及其控制信号序列 351

6.6.2 组合逻辑控制信号序列发生器设计 355

6.6.3 存储逻辑控制信号序列发生器设计 359

复习题 364

练习题 365

第7章 输入输出系统及其操作控制 371

7.1 输入输出系统概述 371

7.1.1 外围设备的分类与特性 371

7.1.2 输入输出系统及其结构功能 373

7.1.3 输入输出的过程与指令 374

7.1.4 输入输出控制的发展历程 374

7.1.5 输入输出系统的工作方式 376

7.2 中断及其实现的结构原理 378

7.2.1 中断与中断源 378

7.2.2 中断请求 381

7.2.3 中断响应 383

7.2.4 中断服务返回与中断过程结构 388

7.3 输入输出操作的控制方式 391

7.3.1 程序查询控制方式 392

7.3.2 程序中断控制方式 395

7.3.3 直接存储访问控制方式 398

7.3.4 通道控制方式 404

7.4 输入设备 407

7.4.1 键盘 407

7.4.2 扫描仪 411

7.4.3 数码相机 412

7.4.4 其他输入设备 415

7.5 输出设备 417

7.5.1 打印机 417

7.5.2 显示器 421

7.6 存储设备 429

7.6.1 磁表面存储器 429

7.6.2 硬磁盘存储器 432

7.6.3 冗余磁盘阵列 435

7.6.4 光盘存储器 441

复习题 444

练习题 446

第8章 并行处理及其实现体系结构 450

8.1 并行处理及其体系结构概论 450

8.1.1 并行性与并行处理 450

8.1.2 并行处理体系结构的由来 452

8.1.3 现代计算机体系结构特点与分类 455

8.1.4 并行计算机及其形成过程 456

8.2 流水线处理机 457

8.2.1 流水线的基本概念 457

8.2.2 先行控制及其实现结构 461

8.2.3 流水线处理机的分类 463

8.2.4 基于硬件指令高度并行技术 464

8.2.5 基于软件指令高度并行技术 468

8.2.6 向量高度并行处理技术 470

8.3 阵列处理机 473

8.3.1 操作模型与处理单元结构 473

8.3.2 阵列处理机的体系结构 475

8.3.3 阵列处理机的特点与算法 475

8.4 多处理机 478

8.4.1 多处理机的提出及其组织形式 478

8.4.2 多处理机存储器的组织模型 479

8.4.3 多处理机的通信与访存模型 482

8.4.4 多处理机的分类与特点 483

8.4.5 多处理机操作系统的类型 486

8.5 多核处理器与多线程技术 487

8.5.1 多核与多核处理器 487

8.5.2 多核处理器产生的缘由 489

8.5.3 多线程与超线程 490

8.5.4 多核多线程 492

复习题 493

练习题 494

参考文献 496

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