计算机体系结构设计9787302490784
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作者蔡政英[等]编著
出版社清华大学出版社
ISBN9787302490784
出版时间2017-07
装帧平装
开本16开
定价59元
货号9189843
上书时间2024-12-20
商品详情
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作者简介
蔡政英，三峡大学计算机与信息学院硕士生导师，主要研究学科是计算机工程与应用，主要研究方向是云计算与人工智能，近年来一直从事人工智能、云计算等方面的研究工作，发表学术论文30余篇（其中三大索引收录共18篇），主持省部级项目1项，校级项目1项。
目录
第1章? 绪论? 1
1.1? 计算机体系结构的基本概念? 1
1.2? 计算机的发展简史? 2
1.2.1? 机械式计算机的发展? 2
1.2.2? 电子计算机硬件结构的发展? 3
1.2.3? 微处理器的发展? 7
1.2.4? 从模拟计算机到数字计算机? 8
1.2.5? 计算机软件的发展? 9
1.3? 计算机体系结构的分类? 13
1.3.1? 冯·诺依曼体系结构? 13
1.3.2? 哈佛体系结构? 14
1.3.3?
Flynn计算机体系结构的
分类? 15
1.3.4? 冯泽云分类法? 16
1.3.5? 计算机的语言层次结构? 16
1.3.6? 计算机的总线组织结构? 17
1.3.7? 计算机的软件系统? 19
1.4? 计算机系统的性能指标? 19
1.4.1? 摩尔定律? 19
1.4.2? 性能测试程序? 19
1.4.3? 基本性能指标? 20
1.4.4?
Amdahl定律? 23
1.5? 计算机的应用? 24
习题1? 25
第2章? 数的表示与计算体系? 27
2.1? 进位计数制与数制转换? 27
2.1.1? 进位计数制? 27
2.1.2? 数制间的转换? 30
2.2? 无符号数与文字的表示? 32
2.2.1? 无符号数的表示? 32
2.2.2? 十进制数串的表示? 33
2.2.3? 西文字符在计算机中的
表示? 33
2.2.4? 中文字符在计算机中的
表示? 34
2.2.5? 布尔代数与布尔逻辑? 35
2.3? 带符号数的表示? 38
2.3.1? 机器数与真值? 38
2.3.2? 原码表示? 39
2.3.3? 补码表示? 40
2.3.4? 反码表示? 41
2.3.5? 移码表示? 42
2.4? 定点数与定点运算? 43
2.4.1? 定点表示? 43
2.4.2? 加法与减法运算? 43
2.4.3? 原码乘法运算? 45
2.4.4? 原码除法运算? 47
2.4.5? 补码乘法运算? 47
2.4.6? 补码除法运算? 50
2.4.7? 移位运算? 50
2.4.8? 运算器的基本结构? 52
2.5? 浮点数与浮点运算? 55
2.5.1? 浮点表示? 55
2.5.2?
IEEE754浮点数标准? 57
2.5.3? 浮点加减运算? 59
2.5.4? 浮点乘除运算? 61
2.5.5? 浮点运算流水线? 62
2.6? BCD码? 63
2.6.1? BCD码的格式? 63
2.6.2? BCD码加减法? 64
2.6.3? BCD码乘除法? 65
2.7? 数据校验码? 65
2.7.1? 码距与数据校验码? 65
2.7.2? 奇偶校验码? 66
2.7.3? 循环冗余校验码? 67
2.7.4? 海明校验码? 70
2.8? 时序逻辑电路? 72
2.8.1? 触发器? 72
2.8.2? 寄存器? 73
2.8.3? 计数器? 74
2.9? 组合逻辑电路? 74
2.9.1? 三态电路? 74
2.9.2? 比较器? 74
2.9.3? 加法器? 75
2.9.4? 编码器? 75
2.9.5? 译码器? 76
2.9.6? 数据选择器? 76
2.9.7? 总线? 76
2.10? 阵列逻辑电路? 77
2.10.1? 阵列乘法器? 77
2.10.2? 阵列除法器? 79
2.10.3? 可编程逻辑阵列(PLA)? 79
2.10.4? 可编程阵列逻辑(PAL)? 80
习题2? 80
第3章? 指令系统设计? 82
3.1? 指令类型与功能? 82
3.1.1? 数据传送指令? 84
3.1.2? 算术运算指令? 85
3.1.3? 逻辑运算指令? 85
3.1.4? 算术移位指令? 86
3.1.5? 逻辑移位指令? 87
3.1.6? 堆栈操作指令? 88
3.1.7? 程序控制指令? 88
3.1.8? 输入输出指令? 90
3.1.9? 其他指令? 91
3.2? 数据类型? 91
3.2.1? 数值数据类型? 91
3.2.2? 字符类型? 92
3.2.3? 逻辑数据类型? 92
3.3? 寻址方式? 92
3.3.1? 指令寻址? 93
3.3.2? 操作数寻址? 94
3.4? 指令系统设计方法? 101
3.4.1? 地址结构划分方法? 101
3.4.2? 指令系统设计的步骤? 103
3.4.3? 指令的操作码编码? 103
3.4.4? 指令的地址码编址? 105
3.4.5?
Huffman优化编码方法? 106
3.5? CISC与RISC指令系统
设计? 107
3.5.1? 复杂指令集计算机
(CISC)? 107
3.5.2? 精简指令集计算机
(RISC)? 108
3.6? 80x86/Pentium指令系统? 109
3.6.1? 80x86指令系统主要特征? 109
3.6.2?
80x86寻址方式? 109
3.6.3? 8088/8086 CPU的指令系统
分类? 111
3.6.4?
Pentium指令系统? 116
3.6.5? 80x86/Pentium常用伪
指令? 117
3.7? ARM指令系统? 118
3.7.1? ARM指令系统主要特征? 118
3.7.2? ARM寻址方式? 119
3.7.3? ARM指令系统分类? 120
3.7.4?
Thumb指令及应用? 121
3.7.5? ARM汇编语言的伪操作? 122
3.7.6? ARM汇编语言的程序
结构? 122
3.8? MIPS指令系统设计? 123
3.8.1?
MIPS概述? 123
3.8.2?
MIPS指令格式? 124
习题3? 127
第4章? 中央处理器体系结构设计? 129
4.1? CPU的基本结构? 129
4.2? CPU中的主要寄存器? 130
4.2.1? 用户可见寄存器? 130
4.2.2? 控制和状态寄存器? 131
4.3? 控制器的结构? 132
4.3.1? 指令执行的基本步骤? 132
4.3.2? 控制器的组成? 133
4.3.3? 时序产生器和控制方式? 135
4.4? 组合逻辑控制器设计? 138
4.4.1? 组合逻辑控制器的设计
原理? 138
4.4.2? 方框图语言与指令流程分析/
数据通路分析? 139
4.4.3? MIPS的单周期设计方案? 143
4.4.4? MIPS的多周期设计方案? 146
4.4.5? MIPS控制器的设计? 148
4.5? 微程序控制器设计? 150
4.5.1? 微程序控制器的设计原理? 150
4.5.2? 微程序控制器的组成? 152
4.5.3? 微程序控制器设计步骤? 153
4.5.4? 微指令的编译方法? 154
4.5.5? 微程序的顺序控制方式? 155
4.5.6? 微指令的执行方式? 158
4.5.7? 微指令格式的设计方法? 159
4.5.8? 微程序设计技术的应用? 161
4.6? 流水线工作原理? 163
4.6.1? 指令的执行方式? 163
4.6.2? 流水线的分类? 166
4.6.3? 线性流水线的性能? 167
4.6.4? 流水线的相关问题? 169
4.7? 典型的处理器设计? 170
4.7.1? Intel的Pentium处理器结构
与设计? 170
4.7.2? ARM系列处理器结构
与设计? 171
4.7.3? SUN的SPARC系统? 172
4.7.4? 多核处理器的结构与设计? 172
4.7.5? 龙芯系列处理器的结构
与设计? 175
习题4? 175
第5章? 存储器体系结构设计? 178
5.1? 存储器概述? 178
5.1.1? 存储器分类? 178
5.1.2? 存储器的性能指标? 180
5.1.3? 存储器的层次体系结构? 181
5.2? Cache存储器? 181
5.2.1? Cache的基本结构? 181
5.2.2? Cache-主存地址映射? 183
5.2.3? Cache替换策略? 186
5.3? 随机存储器与只读存储器? 188
5.3.1? 随机存储器? 188
5.3.2? 只读存储器ROM? 192
5.3.3? 并行存储器? 194
5.4? 外部存储器和RAID? 198
5.4.1? 磁表面存储器的原理? 198
5.4.2? 磁盘存储器? 200
5.4.3? 磁带存储器? 203
5.4.4? 光盘存储器? 204
5.4.5? 固态盘存储器? 206
5.4.6? RAID? 207
5.5? 虚拟存储器技术? 208
5.5.1? 程序运行的局部性原理? 208
5.5.2? 请求分页式存储管理方式? 209
5.5.3? 请求分段存储管理方式? 215
5.5.4? 请求段页式虚拟存储器? 217
5.5.5? 快表与慢表? 217
5.5.6? 存储共享与保护? 218
5.6? 网络存储与容灾备份? 219
5.6.1? 网络存储技术架构? 219
5.6.2? 备份与容灾? 220
习题5? 221
第6章? I/O系统设计? 223
6.1? 输入输出(I/O)系统概述? 223
6.1.1? I/O系统需要解决的主要
问题? 223
6.1.2? I/O接口的结构与功能? 224
6.1.3? I/O接口的类型? 225
6.1.4? 输入输出设备的编址? 226
6.2? 程序查询方式? 227
6.2.1? 程序查询流程? 227
6.2.2? 程序查询方式的接口电路? 228
6.3? 中断输入输出方式? 229
6.3.1? 中断的作用、产生和响应? 229
6.3.2? 中断处理流程? 230
6.3.3? 程序中断设备接口的组成和
工作原理? 231
6.4? DMA输入输出方式? 233
6.4.1? DMA方式的特点与应用
场合? 233
6.4.2? DMA控制器组成? 234
6.4.3? DMA的数据传送过程? 236
6.5? I/O通道和处理机? 238
6.5.1? 通道概述? 238
6.5.2? 通道的类型? 239
6.5.3? 通道的组成结构? 240
6.5.4? 通道工作过程? 241
6.5.5? I/O处理机? 242
6.6? 总线结构? 242
6.6.1? 总线的概念和结构形态? 242
6.6.2? 总线规范与性能? 243
6.6.3? 总线的组成与结构? 244
6.6.4? 总线的设计与仲裁? 245
6.6.5? 总线的定时和数据传送
模式? 248
6.7? 外部设备? 249
6.7.1? 输入——键盘? 249
6.7.2? 输入——鼠标、跟踪球和
操作杆输入? 251
6.7.3? 输入——图像输入设备(数码
相机、摄像机和摄像头)? 251
6.7.4? 输入——语音录入系统? 252
6.7.5? 输入——光笔、手写板、
绘图板? 253
6.7.6? 输入——条形码与二维码? 253
6.7.7? 输入——?OCR技术和文字
输入系统? 255
6.7.8? 输出——显示技术? 256
6.7.9? 输出——打印机、绘图仪? 260
6.7.10? 输出——声音输出设备? 262
6.7.11? 交互式输入/输出——
触摸屏? 263
6.7.12? 交互式输入/输出——
虚拟现实VR? 264
6.7.13? 交互式输入/输出——脑波
读取和意念控制? 265
6.8? 外设接口? 266
6.8.1? ISA/EISA?
266
6.8.2? PCI/PCI-E?
266
6.8.3? ATA (IDE)/PATA/SATA
接口? 267
6.8.4? 并行I/O标准接口SCSI和
SAS? 267
6.8.5? 光纤通道和InfiniBand? 268
6.8.6? PCMCIA?
268
6.8.7? DVI/HDMI?
268
6.8.8? 串行通信接口和USB? 269
6.8.9? IEEE 1394/Firewire? 270
习题6? 271
第7章? 并行处理与普适计算? 272
7.1? 并行计算机系统结构? 272
7.1.1? 指令级并行和机器并行? 272
7.1.2? 并行计算机系统结构? 275
7.2? 单处理机系统中的并行
机制? 278
7.2.1? 超线程和同时多线程
SMT? 278
7.2.2? 单芯片多核处理器CMP? 280
7.2.3? 协处理器? 280
7.2.4? 超标量与超流水线? 281
7.3? 多处理机系统的组织结构? 283
7.3.1? 系统拓扑结构? 283
7.3.2? 多处理机系统中的存储器
管理? 286
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