計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》是上海市精品課程“計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)”的配套教材之一。全書(shū)共分8章，按計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、組成、系統(tǒng)三個(gè)層次介紹了計(jì)算機(jī)的組成與結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)部分包括第1～3章，即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論、數(shù)字電路基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)中的邏輯部件、信息表示與運(yùn)算基礎(chǔ)；組成部分包括第4.2～4.3節(jié)、第5章和第6章，即主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器、中央處理器、外部設(shè)備；系統(tǒng)部分包括4.1節(jié)、第6～8章，即分級(jí)存儲(chǔ)體系、外部設(shè)備、輸入輸出系統(tǒng)（含總線系統(tǒng)）和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

書(shū)籍目錄

第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論 1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1.1.1 計(jì)算機(jī)硬件和軟件的概念 1.1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 1.1.3 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)組成 1.2 圖靈機(jī) 1.2.1 圖靈機(jī)簡(jiǎn)介 1.2.2 圖靈機(jī)的基本模型 1.3 計(jì)算機(jī)的基本組成 1.3.1 馮?諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn) 1.3.2 計(jì)算機(jī)的主要部件 1.3.3 計(jì)算機(jī)的總線結(jié)構(gòu) 1.3.4 計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程 1.4 計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo) 1.5 計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用 1.6 計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向 本章小結(jié) 習(xí)題 第二章 數(shù)字電路基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)中的邏輯部件 2.1 數(shù)字電路基礎(chǔ) 2.1.1 半導(dǎo)體材料和晶體二極管簡(jiǎn)介 2.1.2 雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)及其伏安特性 2.1.3 MOS管的結(jié)構(gòu)及其伏安特性 2.2 布爾代數(shù)和基本邏輯門(mén)電路 2.2.1 布爾代數(shù)基礎(chǔ)知識(shí) 2.2.2 基本邏輯運(yùn)算和基本邏輯門(mén)電路 2.3 組合邏輯電路 2.3.1 基本邏輯門(mén) 2.3.2 數(shù)據(jù)選擇器 2.3.3 譯碼器 2.4 時(shí)序邏輯電路 2.4.1 基本RS觸發(fā)器 2.4.2 D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器 2.4.3 寄存器 2.5 可編程邏輯器件 2.5.1 概述 2.5.2 可編程只讀存儲(chǔ)器 2.5.3 可編程邏輯陣列 2.5.4 可編程陣列邏輯和通用陣列邏輯 2.5.5 其他新型陣列邏輯電路 2.5.6 復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD和FPGA 本章小結(jié) 習(xí)題 第三章 信息表示與運(yùn)算基礎(chǔ) 3.1 常用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換 3.1.1 常用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制 3.1.2 數(shù)制轉(zhuǎn)換 3.2 數(shù)值數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算 3.2.1 機(jī)器數(shù) 3.2.2 機(jī)器數(shù)的定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示法 3.3 非數(shù)值數(shù)據(jù)編碼 3.3.1 ASCII字符編碼 3.3.2 漢字編碼 3.4 十進(jìn)制數(shù)的編碼 3.5 數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼 3.5.1 奇偶校驗(yàn)碼 3.5.2 海明校驗(yàn)碼 3.5.3 循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 3.6 其他信息的表示 3.6.1 語(yǔ)音的計(jì)算機(jī)表示方法 3.6.2 位圖圖像的計(jì)算機(jī)表示方法 3.6.3 圖形的計(jì)算機(jī)表示方法 本章小結(jié) 習(xí)題 第四章 存儲(chǔ)系統(tǒng) 4.1 分級(jí)存儲(chǔ)體系 4.1.1 存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 4.1.2 存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次化結(jié)構(gòu) 4.1.3 虛擬存儲(chǔ)器 4.1.4 Cache-主存結(jié)構(gòu) 4.2 主存儲(chǔ)器 4.2.1 概述 4.2.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 4.2.3 主存儲(chǔ)器的組成 4.2.4 內(nèi)存條 4.2.5 并行存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 4.2.6 相聯(lián)存儲(chǔ)器 4.3 輔助存儲(chǔ)器 4.3.1 輔助存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo) 4.3.2 磁表面存儲(chǔ)原理和磁記錄方式 4.3.3 磁盤(pán)存儲(chǔ)器 4.3.4 磁帶存儲(chǔ)器 4.3.5 光盤(pán)存儲(chǔ)器 4.3.6 閃速存儲(chǔ)器 4.3.7 磁盤(pán)陣列RAID 4.3.8 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng) 本章小結(jié) 習(xí)題 第五章 中央處理器 5.180x86微處理器 5.1.180x86微處理器概述 5.1.280x86微處理器的組成 5.1.380x86寄存器組 5.280x86的指令系統(tǒng) 5.2.1 機(jī)器語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言 5.2.280x86的指令與數(shù)據(jù)的尋址方式 5.2.380x86的指令系統(tǒng) 5.2.4 CISC和RISC的比較 5.3 指令的時(shí)序 5.3.1 指令時(shí)序的控制方式 5.3.2 同步控制方式的時(shí)序 5.3.3 典型指令的微操作分析 5.3.4 控制器的控制方式 5.3.5 指令時(shí)序的形成 5.4 控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 5.4.1 控制器的基本組成 5.4.2 硬布線控制器 5.4.3 微程序控制器 5.4.4 硬布線控制器和微程序控制器的比較 本章小結(jié) 習(xí)題 第六章 外部設(shè)備 6.1 外部設(shè)備概述 6.2 輸入設(shè)備 6.3 輸出設(shè)備——顯示器 6.3.1 顯示器概述 6.3.2 顯示技術(shù)中的有關(guān)術(shù)語(yǔ) 6.3.3 CRT顯示器 6.3.4 字符顯示器 6.3.5 圖形顯示器 6.3.6 圖像顯示器 6.3.7 視頻顯示標(biāo)準(zhǔn) 6.3.8 新型平板顯示器 6.4 打印輸出設(shè)備 6.4.1 概述 6.4.2 針式打印機(jī) 6.4.3 噴墨打印機(jī) 6.4.4 激光打印機(jī) 6.5 其他外部設(shè)備 本章小結(jié) 習(xí)題 第七章 輸入輸出系統(tǒng) 7.1 輸入輸出系統(tǒng)概述 7.2 計(jì)算機(jī)總線 7.2.1 總線概述 7.2.2 總線系統(tǒng)的工作原理 7.2.3 常用總線介紹 7.3 輸入輸出接口 7.3.1 概述 7.3.2 并行通信和并行接口 7.3.3 串行通信和串行接口 7.3.4 微機(jī)中常用接口介紹 7.4 輸入輸出方式 7.4.1 程序查詢(xún)方式 7.4.2 程度中斷方式 7.4.3 DMA控制方式 7.4.4 通道控制方式 本章小結(jié) 習(xí)題 第八章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展 8.1 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)概述 8.1.1 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 8.1.2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的弗林（Flynn）分類(lèi)法 8.2 并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述 8.2.1 并行計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)分類(lèi) 8.2.2 提高計(jì)算機(jī)并行性的措施 8.3 流水線技術(shù) 8.3.1 標(biāo)量流水技術(shù) 8.3.2 流水線中的多指令流出技術(shù) 8.3.3 向量流水線處理機(jī) 8.4 其他流行的并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 8.5 新型計(jì)算機(jī)與技術(shù)研究進(jìn)展 8.5.1 多核處理器計(jì)算機(jī) 8.5.2 數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī) 8.5.3 歸約機(jī) 本章小結(jié) 習(xí)題 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　本章要點(diǎn) 　　與早期的以運(yùn)算器為中心的計(jì)算機(jī)不同，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)已形成了以存儲(chǔ)器為中心的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。而當(dāng)今全球的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)也已趨向于以存儲(chǔ)系統(tǒng)作為核心依托繼續(xù)發(fā)展，因此，存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)已成為影響整個(gè)計(jì)算機(jī)世界的最大吞吐量的決定性因素。本章講解的思路是先介紹組成存儲(chǔ)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器，再介紹當(dāng)今的存儲(chǔ)系統(tǒng)及發(fā)展趨勢(shì)。重點(diǎn)討論最新存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)概念以及存儲(chǔ)器的最基本組成和工作原理。 　　存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)是兩個(gè)不同的概念。存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)的重要元件。而存儲(chǔ)系統(tǒng)則有狹義和廣義之分，狹義上的存儲(chǔ)系統(tǒng)通常是由幾個(gè)容量、速度和價(jià)格各不相同的存儲(chǔ)器，按一定的體系結(jié)構(gòu)組織起來(lái)而構(gòu)成的系統(tǒng)，它是存儲(chǔ)器元件的擴(kuò)展，主要針對(duì)個(gè)體計(jì)算機(jī)而言。而廣義的存儲(chǔ)系統(tǒng)主要是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)而言，它已不再是簡(jiǎn)單的磁盤(pán)或磁盤(pán)陣列等存儲(chǔ)設(shè)備的組合，而是由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)智能化的磁盤(pán)陣列和存儲(chǔ)控制管理系統(tǒng)構(gòu)成的，隨著目前網(wǎng)絡(luò)的不斷普及，廣義上的存儲(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息化所不可或缺的支撐，同時(shí)也成為了當(dāng)今云計(jì)算的基礎(chǔ)。本書(shū)在對(duì)廣義的存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹的同時(shí)，主要講解狹義上的存儲(chǔ)系統(tǒng)概念，著重以現(xiàn)今主流的分級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行講解。 　　4.1 分級(jí)存儲(chǔ)體系 　　4.1.1 存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 　　可以用以下幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)來(lái)描述存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能。 　　1存儲(chǔ)容量 　　存儲(chǔ)器是用來(lái)存放“0”、“1”信息的重要元件，猶如一個(gè)龐大的“數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)”里的儲(chǔ)物柜。存儲(chǔ)容量是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)信息的能力。它被定義為存儲(chǔ)器中可以容納的存儲(chǔ)單元的總數(shù)。 　　存儲(chǔ)容量的基本單位是字節(jié)B（Byte，8位二進(jìn)制數(shù)碼），還可用KB（千字節(jié)）、MB（兆字節(jié)）、GB（吉字節(jié)）、TB（太字節(jié)）和PB（皮字節(jié)）來(lái)衡量。 　　對(duì)于字節(jié)編址的計(jì)算機(jī)，常用字節(jié)數(shù)來(lái)表示存儲(chǔ)容量；對(duì)于字編址的計(jì)算機(jī)，一般用字?jǐn)?shù)與其字長(zhǎng)的乘積來(lái)表示存儲(chǔ)容量。如某機(jī)的主存容量為64 K×16，表示它有64 K個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元的字長(zhǎng)為16位，若改用字節(jié)數(shù)表示，則可記為128 KB。 　　通常，計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量越大，存放的信息就越多，處理問(wèn)題的能力就越強(qiáng)。 　　2存取速度 　　存儲(chǔ)器的存取速度通常由存取時(shí)間Ta、存取周期Tm和存儲(chǔ)器帶寬Bm等參數(shù)來(lái)描述。存取速度主要取決于存儲(chǔ)器件的工藝，也受存儲(chǔ)容量大小的影響。 　?。?）存取時(shí)間Ta 　　存取時(shí)間又稱(chēng)訪問(wèn)時(shí)間或讀寫(xiě)時(shí)間，是指從啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間。例如，讀出時(shí)間定義為從CPU向存儲(chǔ)器發(fā)出有效地址和讀命令開(kāi)始，直到把被選單元的內(nèi)容讀出為止所用的時(shí)間；寫(xiě)入時(shí)間是指從CPU向存儲(chǔ)器發(fā)出有效地址和寫(xiě)命令開(kāi)始，直到把信息寫(xiě)入被選單元為止所用的時(shí)間。顯然，Ta越小，存取速度越快。 　?。?）存取周期Tm 　　存取周期又叫讀寫(xiě)周期，它是指存儲(chǔ)器進(jìn)行一次完整的讀寫(xiě)操作所需的全部時(shí)間，即連續(xù)兩次訪問(wèn)存儲(chǔ)器操作之間所需的最短時(shí)間。顯然，一般情況下，Tm>Ta。這是因?yàn)閷?duì)于任何一種存儲(chǔ)器，在讀寫(xiě)操作之后，總要有一段恢復(fù)內(nèi)部狀態(tài)的復(fù)原時(shí)間。對(duì)于破壞性讀出的RAM，存取周期往往比存取時(shí)間要大得多，甚至可達(dá)到Tm=2Ta，這是因?yàn)榇鎯?chǔ)器中的信息讀出后需要馬上進(jìn)行重寫(xiě)（再生）。 　?。?）存儲(chǔ)器帶寬Bm 　　存儲(chǔ)器帶寬又稱(chēng)數(shù)據(jù)傳輸率，是指每秒從存儲(chǔ)器進(jìn)出信息的最大數(shù)量。例如，存儲(chǔ)器周期是500 ns，每個(gè)存儲(chǔ)器周期可訪問(wèn)16位（2個(gè)字節(jié)），則它的帶寬是32 Mbps。目前，存儲(chǔ)器提供信息的速度還跟不上CPU處理指令和數(shù)據(jù)的速度，所以，存儲(chǔ)器的帶寬是改善計(jì)算機(jī)系統(tǒng)瓶頸的一個(gè)關(guān)鍵因素。為提高存儲(chǔ)器的帶寬，可采取縮短存儲(chǔ)周期、增加存儲(chǔ)字長(zhǎng)、增加存儲(chǔ)體等措施?！　　?/pre>








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