计算机体系结构设计/高等学校计算机应用规划教材

图书标准信息

• 作者 蔡政英、刘势、张上、肖明 著
• 出版社 清华大学出版社
• 出版时间 2018-05
• 版次 1
• ISBN 9787302490784
• 定价 59.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 388页
• 字数 636千字

【内容简介】

《计算机体系结构设计》全面透彻地讲解经典计算机以及生物、光、量子等非经典计算机的体系结构设计方法，并融入大量新知识点，技术底蕴深厚。全书共分10 章，清晰阐释重要概念，详述计算机体系结构的分析、设计和计算方法，注重培养读者的体系结构思维和创新能力，帮助读者建立起完整的知识体系。为方便读者自我检测，并扎实掌握所学的知识点，全书共列出200 多道精选例题和习题。

 

《计算机体系结构设计》提供的配套资源包含PPT、例题等学习资源，便于读者学习、参考，读者可在https://www.tupwk.com.cn/downpage 免费下载。任课教师可免费获取教学资源。

 

《计算机体系结构设计》层次清晰、图文并茂、实例丰富、讲述详细，可作为高等院校计算机相关专业的本科生、研究生教材，可作为计算机资格考试培训机构用书，也可供计算机工程技术人员参考。

 

【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】

章 绪论 11.1 计算机体系结构的基本概念 11.2 计算机的发展简史 21.2.1 机械式计算机的发展 21.2.2 电子计算机硬件结构的发展 31.2.3 微处理器的发展 71.2.4 从模拟计算机到数字计算机 81.2.5 计算机软件的发展 91.3 计算机体系结构的分类 131.3.1 冯·诺依曼体系结构 131.3.2 哈佛体系结构 141.3.3 Flynn计算机体系结构的分类 151.3.4 冯泽云分类法 161.3.5 计算机的语言层次结构 161.3.6 计算机的总线组织结构 171.3.7 计算机的软件系91.4 计算机系统的性能指标 191.4.1 摩尔定律 191.4.2 性能测试程序 191.4.3 基本性能指标 201.4.4 Amdahl定律 231.5 计算机的应用 24习题1 25第2章 数的表示与计算体系 272.1 进位计数制与数制转换 272.1.1 进位计数制 272.1.2 数制间的转换 302.2 无符号数与文字的表示 322.2.1 无符号数的表示 322.2.2 十进制数串的表示 332.2.3 西文字符在计算机中的表示 332.2.4 中文字符在计算机中的表示 342.2.5 布尔代数与布尔逻辑 352.3 带符号数的表示 382.3.1 机器数与真值 382.3.2 原码表示 392.3.3 补码表示 402.3.4 反码表示 412.3.5 移码表示 422.4 定点数与定点运算 432.4.1 定点表示 432.4.2 加法与减法运算 432.4.3 原码乘法运算 452.4.4 原码除法运算 472.4.5 补码乘法运算 472.4.6 补码除法运算 502.4.7 移位运算 502.4.8 运算器的基本结构 522.5 浮点数与浮点运算 552.5.1 浮点表示 552.5.2 IEEE754浮点数标准 572.5.3 浮点加减运算 592.5.4 浮点乘除运算 612.5.5 浮点运算流水线 622.6 BCD码 632.6.1 BCD码的格式 632.6.2 BCD码加减法 642.6.3 BCD码乘除法 652.7 数据校验码 652.7.1 码距与数据校验码 652.7.2 奇偶校验码 662.7.3 循环冗余校验码 672.7.4 海明校验码 702.8 时序逻辑电路 722.8.1 触发器 722.8.2 寄存器 732.8.3 计数器 742.9 组合逻辑电路 742.9.1 三态电路 742.9.2 比较器 742.9.3 加法器 752.9.4 编码器 752.9.5 译码器 762.9.6 数据选择器 762.9.7 总线 762.10 阵列逻辑电路 772.10.1 阵列乘法器 772.10.2 阵列除法器 792.10.3 可编程逻辑阵列(PLA) 792.10.4 可编程阵列逻辑(PAL) 80习题2 80第3章 指令系统设计 823.1 指令类型与功能 823.1.1 数据传送指令 843.1.2 算术运算指令 853.1.3 逻辑运算指令 853.1.4 算术移位指令 863.1.5 逻辑移位指令 873.1.6 堆栈操作指令 883.1.7 程序控制指令 883.1.8 输入输出指令 903.1.9 其他指令 913.2 数据类型 913.2.1 数值数据类型 913.2.2 字符类型 923.2.3 逻辑数据类型 923.3 寻址方式 923.3.1 指令寻址 933.3.2 操作数寻址 943.4 指令系统设计方法 1013.4.1 地址结构划分方法 1013.4.2 指令系统设计的步骤 1033.4.3 指令的操作码编码 1033.4.4 指令的地址码编址 1053.4.5 Huffman优化编码方法 1063.5 CISC与RISC指令系统设计 1073.5.1 复杂指令集计算机(CISC) 1073.5.2 精简指令集计算机(RISC) 1083.6 80x86/Pentium指令系093.6.1 80x86指令系统主要特征 1093.6.2 80x86寻址方式 1093.6.3 8088/8086 CPU的指令系统分类 1113.6.4 Pentium指令系163.6.5 80x86/Pentium常用伪指令 1173.7 ARM指令系183.7.1 ARM指令系统主要特征 1183.7.2 ARM寻址方式 1193.7.3 ARM指令系统分类 1203.7.4 Thumb指令及应用 1213.7.5 ARM汇编语言的伪操作 1223.7.6 ARM汇编语言的程序结构 1223.8 MIPS指令系统设计 1233.8.1 MIPS概述 1233.8.2 MIPS指令格式 124习题3 127第4章 中央处理器体系结构设计 1294.1 CPU的基本结构 1294.2 CPU中的主要寄存器 1304.2.1 用户可见寄存器 1304.2.2 控制和状态寄存器 1314.3 控制器的结构 1324.3.1 指令执行的基本步骤 1324.3.2 控制器的组成 1334.3.3 时序产生器和控制方式 1354.4 组合逻辑控制器设计 1384.4.1 组合逻辑控制器的设计原理 1384.4.2 方框图语言与指令流程分析/数据通路分析 1394.4.3 MIPS的单周期设计方案 1434.4.4 MIPS的多周期设计方案 1464.4.5 MIPS控制器的设计 1484.5 微程序控制器设计 1504.5.1 微程序控制器的设计原理 1504.5.2 微程序控制器的组成 1524.5.3 微程序控制器设计步骤 1534.5.4 微指令的编译方法 1544.5.5 微程序的顺序控制方式 1554.5.6 微指令的执行方式 1584.5.7 微指令格式的设计方法 1594.5.8 微程序设计技术的应用 1614.6 流水线工作原理 1634.6.1 指令的执行方式 1634.6.2 流水线的分类 1664.6.3 线性流水线的性能 1674.6.4 流水线的相关问题 1694.7 典型的处理器设计 1704.7.1 Intel的Pentium处理器结构与设计 1704.7.2 ARM系列处理器结构与设计 1714.7.3 SUN的SPARC系724.7.4 多核处理器的结构与设计 1724.7.5 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 1785.1 存储器概述 1785.1.1 存储器分类 1785.1.2 存储器的性能指标 1805.1.3 存储器的层次体系结构 1815.2 Cache存储器 1815.2.1 Cache的基本结构 1815.2.2 Cache-主存地址映射 1835.2.3 Cache替换策略 1865.3 随机存储器与只读存储器 1885.3.1 随机存储器 1885.3.2 只读存储器ROM 1925.3.3 并行存储器 1945.4 外部存储器和RAID 1985.4.1 磁表面存储器的原理 1985.4.2 磁盘存储器 2005.4.3 磁带存储器 2035.4.4 光盘存储器 2045.4.5 固态盘存储器 2065.4.6 RAID 2075.5 虚拟存储器技术 2085.5.1 程序运行的局部性原理 2085.5.2 请求分页式存储管理方式 2095.5.3 请求分段存储管理方式 2155.5.4 请求段页式虚拟存储器 2175.5.5 快表与慢表 2175.5.6 存储共享与保护 2185.6 网络存储与容灾备份 2195.6.1 网络存储技术架构 2195.6.2 备份与容灾 220习题5 221第6章 I/O系统设计 2236.1 输入输出(I/O)系统概述 2236.1.1 I/O系统需要解决的主要问题 2236.1.2 I/O接口的结构与功能 2246.1.3 I/O接口的类型 2256.1.4 输入输出设备的编址 2266.2 程序查询方式 2276.2.1 程序查询流程 2276.2.2 程序查询方式的接口电路 2286.3 中断输入输出方式 2296.3.1 中断的作用、产生和响应 2296.3.2 中断处理流程 2306.3.3 程序中断设备接口的组成和工作原理 2316.4 DMA输入输出方式 2336.4.1 DMA方式的特点与应用场合 2336.4.2 DMA控制器组成 2346.4.3 DMA的数据传送过程 2366.5 I/O通道和处理机 2386.5.1 通道概述 2386.5.2 通道的类型 2396.5.3 通道的组成结构 2406.5.4 通道工作过程 2416.5.5 I/O处理机 2426.6 总线结构 2426.6.1 总线的概念和结构形态 2426.6.2 总线规范与性能 2436.6.3 总线的组成与结构 2446.6.4 总线的设计与仲裁 2456.6.5 总线的定时和数据传送模式 2486.7 外部设备 2496.7.1 输入——键盘 2496.7.2 输入——鼠标、跟踪球和操作杆输入 2516.7.3 输入——图像输入设备(数码相机、摄像机和摄像头) 2516.7.4 输入——语音录入系统 2526.7.5 输入——光笔、手写板、绘图板 2536.7.6 输入——条形码与 2536.7.7 输入—— OCR技术和文字输入系统 2556.7.8 输出——显示技术 2566.7.9 输出——打印机、绘图仪 2606.7.10 输出——声音输出设备 2626.7.11 交互式输入/输出——触摸屏 2636.7.12 交互式输入/输出——虚拟现实VR 2646.7.13 交互式输入/输出——脑波读取和意念控制 2656.8 外设接口 2666.8.1 ISA/EISA 2666.8.2 PCI/PCI-E 2666.8.3 ATA (IDE)/PATA/SATA接口 2676.8.4 并行I/O标准接口SCSI和SAS 2676.8.5 光纤通道和InfiniBand 2686.8.6 PCMCIA 2686.8.7 DVI/HDMI 2686.8.8 串行通信接口和USB 2696.8.9 IEEE 1394/Firewire 270习题6 271第7章 并行处理与普适计算 2727.1 并行计算机系统结构 2727.1.1 指令级并行和机器并行 2727.1.2 并行计算机系统结构 2757.2 单处理机系统中的并行机制 2787.2.1 超线程和同时多线程SMT 2787.2.2 单芯片多核处理器CMP 2807.2.3 协处理器 2807.2.4 超标量与超流水线 2817.3 多处理机系统的组织结构 2837.3.1 系统拓扑结构 2837.3.2 多处理机系统中的存储器管理 2867.3.3 多处理机系统中的通信 2877.3.4 多处理机高速缓冲存储器一致性 2897.3.5 多处理机的同步 2957.3.6 多处理机实例 2987.4 多处理机操作系统和算法 3027.4.1 多处理机操作系统 3027.4.2 并行处理机算法 3037.5 从计算机到网络 3047.5.1 计算机网络 3047.5.2 物联网 3057.5.3 无线传感器网络 3067.5.4 网格计算 3067.5.5 云计算 3077.6 普适计算和移动计算 3087.6.1 普适计算 3087.6.2 分布式计算 3097.6.3 移动计算和超移动计算 3097.6.4 迅驰技术 3107.6.5 智能手机 3107.6.6 笔记本电脑/平板电脑 3117.6.7 PDA智能终端 3117.6.8 车载智能终端 312习题7 312第8章 生物计算机 3148.1 生物计算机概述 3148.1.1 生物计算机的特点 3148.1.2 生物计算机种类 3158.2 基因调控开关和生物芯片 3168.2.1 转换开关 3168.2.2 Riboswitch 3168.2.3 双稳态开关 3168.2.4 生物芯片 3178.3 神经(元)计算机 3188.3.1 神经(元)计算机的概述 3188.3.2 神经网络的结构与算法 3198.3.3 神经网络的学习方式 3208.4 DNA计算机 3238.4.1 DNA计算机概述 3238.4.2 DNA计算机的模型 3248.4.3 DNA计算机的体系结构 3258.5 细胞计算机 3268.5.1 细胞计算机概述 3268.5.2 细胞自动机的结构 3278.6 纳米机器人 3308.6.1 纳米机器人概述 3308.6.2 纳米机器人结构 331习题8 334第9章 光计算机 3359.1 光计算机概述 3359.2 光计算机基本原理 3369.2.1 数字光计算 3369.2.2 光学傅里叶变换 3379.2.3 光学计算机实现 3399.3 激光通信 3409.3.1 激光通信概述 3409.3.2 激光通信的基本架构 3419.3.3 光发射机 3429.3.4 光纤 3439.3.5 光接收机 3449.3.6 光放大器 3459.3.7 光纤通信系统的主要性能指标 3459.3.8 FDDI协议 3479.3.9 光纤传输的波动理论 3479.4 光量子计算机 3489.4.1 普朗克黑体辐射理论 3489.4.2 爱因斯坦光电效应方程 3499.4.3 康普顿散射 3509.4.4 光的波粒二象性 3519.4.5 光量子计算机的实现 352习题9 3530章 量子计算机 35410.1 量子计算机概述 35410.2 量子态和量子编码非经典特性 35510.2.1 量子态的描述——波函数和量子态叠加原理 35510.2.2 量子态时间演化和计算操作 35610.2.3 量子纠缠现象 35610.2.4 量子非克隆定理 35710.3 量子位与量子逻辑门 35710.3.1 量子位 35710.3.2 量子逻辑门 35910.4 量子算法 36310.4.1 Shor算法 36310.4.2 Grover算法 36510.5 量子通信 36710.6 量子加密 36810.6.1 量子密钥分配 36810.6.2 无噪信道下的BB84协议 36810.6.3 有噪信道下的BB84协议 36910.7 量子计算机的物理实现 37010.7.1 光学量子计算机 37010.7.2 离子阱量子计算机 37110.7.3 中性原子量子计算机 37110.7.4 超导量子计算机 37210.7.5 腔量子电动力学量子计算机 37210.7.6 量子点体系的量子计算机 373习题10 373主要参考文献 374
作者介绍
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