計算機組成與結(jié)構(gòu)

內(nèi)容概要

　　“計算機組成”是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程?！陡叩葘W(xué)校計算機類課程應(yīng)用型人才培養(yǎng)規(guī)劃教材：計算機組成與結(jié)構(gòu)》全面、系統(tǒng)地介紹了計算機的組成與結(jié)構(gòu)，以及當(dāng)代計算 機新技術(shù)。具體內(nèi)容包括計算機系統(tǒng)概論、運算方法和運算部件、指令系統(tǒng)、控制器部件、存儲系統(tǒng)、輸入/輸出（I/O）設(shè)備、輸入/輸出（I/O）系統(tǒng)、流水線技術(shù)、多核技術(shù)、并行計算機體系結(jié)構(gòu)等?！陡叩葘W(xué)校計算機類課程應(yīng)用型人才培養(yǎng)規(guī)劃教材：計算機組成與結(jié)構(gòu)》可作為計算機及相關(guān)專業(yè)本科生“計算機組成” 或“計算機體系結(jié)構(gòu)”課程的教科書，也可作為計算機學(xué)科及相關(guān)領(lǐng)域工程 技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第1章 計算機系統(tǒng)概論 1.1計算機的發(fā)展歷程 1.2計算機的硬件 1.2.1 計算機硬件的組成 1.2.2計算機的工作過程 1.3計算機的軟件 1.3.1計算機系統(tǒng)軟件 1.3.2計算機應(yīng)用軟件 1.4計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 1.4.1 從硬件角度劃分計算機系統(tǒng) 1.4.2從軟件角度劃分計算機系統(tǒng) 1.5計算機的性能指標(biāo) 1.5.1 吞吐量和響應(yīng)時間 1.5.2 CPU時鐘周期和主頻 1.5.3每條指令平均時鐘周期數(shù)CPI和CPU執(zhí)行時間 1.5.4 MIPS和MFLOPS 1.5.5性能評測 本章小結(jié) 習(xí)題 第2章 運算方法和運算部件 2.1運算器部件 2.1.1 加法器 2.1.2 串行加法器與并行加法器 2.1.3 算術(shù)邏輯單元 2.2定點數(shù)加減運算 2.2.1 定點數(shù)的表示方法 2.2.2補碼加減法 2.2.3 溢出及判別方法 2.3二進制乘法運算 2.3.1原碼一位乘法 2.3.2 補碼一位乘法 2.3.3補碼二位乘法 2.4二進制除法運算 2.4.1 原碼一位除法 2.4.2補碼一位除法 2.5 浮點數(shù)的運算方法 2.5.1 浮點數(shù)的表示方法 2.5.2浮點加減法運算 2.5.3 浮點乘除法運算 本章小結(jié) 習(xí)題 第3章指令系統(tǒng) 3.1 指令系統(tǒng)概述 3.1.1 指令系統(tǒng)的發(fā)展 3.1.2 完善的指令系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到的要求 3.2指令格式概述 3.2.1 指令格式 3.2.2指令操作碼的擴展技術(shù) 3.2.3 指令長度與字長的關(guān)系 3.3數(shù)據(jù)表示 3.4 尋址方式 3.4.1 隱含尋址 3.4.2立即數(shù)尋址方式 3.4.3 直接尋址方式 3.4.4寄存器尋址方式 3.4.5 間接尋址方式 3.4.6 變址尋址方式 3.4.7相對尋址方式 3.4.8基址尋址 3.5指令的分類 3.5.1 數(shù)據(jù)傳送指令 3.5.2 算術(shù)邏輯運算指令 3.5.3 移位指令 3.5.4字符串處理指令 3.5.5轉(zhuǎn)移類指令 3.5.6 堆棧及堆棧操作指令 3.5.7輸入／輸出（I／O）指令 3.5.8浮點運算指令 3.5.9 向量與多處理機指令 3.5.10控制指令 3.6精簡指令系統(tǒng)計算機 3.6.1 CISC與RISC 3.6.2 RISC的特點 3.7 匯編語言編程基礎(chǔ) 3.7.1 匯編語言語句行的構(gòu)成 3.7.2 匯編語言源程序的結(jié)構(gòu) 3.7.3 匯編語言程序設(shè)計的方法 本章小結(jié) 習(xí)題 第4章 控制器部件 4.1 計算機中的控制器 4.1.1 控制器的功能 4.1.2控制器的組成 4.2硬布線控制的計算機 4.2.1 組合邏輯控制信號的產(chǎn)生 4.2.2操作控制信號產(chǎn)生的一般方法 4.2.3硬布線控制邏輯設(shè)計過程 4.3 微程序控制計算機 4.3.1 微程序控制的基本概念 4.3.2 實現(xiàn)微程序控制的基本原理 4.3.3微程序設(shè)計技術(shù) 4.3.4硬布線控制與微程序控制的比較 4.4 Pentium微處理器 4.5控制器的控制方式 本章小結(jié) 習(xí)題 第5章 存儲系統(tǒng) 5.1 存儲器與存儲系統(tǒng)概述 5.1.1 存儲器分類 5.1.2存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 5.2 主存儲器 5.2.1 主存儲器的主要技術(shù)指標(biāo) 5.2.2讀／寫存儲器 5.2.3 非易失性半導(dǎo)體存儲器 5.2.4 半導(dǎo)體存儲器的組成與控制 5.3并行存儲器 5.3.1 單體多字并行存儲器 5.3.2多體交叉存儲器 5.4高速緩沖存儲器 5.4.1 cache工作原理 5.4.2 cache的一致性問題 5.4.3 cache組織 5.5虛擬存儲器 5.5.1虛擬存儲器概述 5.5.2段式虛擬存儲器 5.5.3 頁式虛擬存儲器 5.5.4段頁式虛擬存儲器 5.6存儲保護 本章小結(jié) 習(xí)題 第6章 輸入，輸出（I／O）設(shè)備 6.1外部設(shè)備概述 6.2常用輸入設(shè)備 6.2.1 鍵盤 6.2.2 圖形板 6.2.3 鼠標(biāo) 6.2.4 觸摸屏 6.2.5 圖像輸入設(shè)備（攝像機和數(shù)碼照相機） 6.2.6手寫輸入 6.3顯示器設(shè)備 6.3.1 顯示設(shè)備種類 6.3.2 顯示技術(shù)中的有關(guān)術(shù)語 6.4打印設(shè)備 6.4.1 點陣針式打印機 6.4.2激光打印機 6.4.3噴墨打印機 6.4.4熱轉(zhuǎn)印打字機 6.4.5打印機的發(fā)展趨勢 6.5輔助存儲器 6.5.1 磁表面存儲器技術(shù)指標(biāo) 6.5.2 磁記錄原理與記錄方式 6.5.3硬磁盤存儲器 6.5.4光盤存儲器 本章小結(jié) 習(xí)題 第7章 輸入／輸出（I／O）系統(tǒng) 7.1 輸入／輸出（I／O）系統(tǒng)概述 7.1.1 輸入／輸出設(shè)備的編址 7.1.2 I／O接口基本功能 7.2 程序直接控制輸人／輸出方式 7.3 程序中斷輸入／輸出方式 7.3.1 有關(guān)中斷的一些概念 …… 第8章 流水線技術(shù) 第9章 多核技術(shù) 第10章 并行計算機體系結(jié)構(gòu) 參考文獻

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   ①指令系統(tǒng)龐大，如VAX Ⅱ／780有303條指令，這就需要多種尋址方式、指令格式和指令長度，增加了硬件的復(fù)雜性，且正確性難以得到保證。 ②由于許多指令操作繁雜，因而需增加機器周期，這就降低了指令的執(zhí)行速度。 ③由于指令系統(tǒng)龐大，使得高級語言編譯程序選擇目標(biāo)指令的范圍很大，從而難以優(yōu)化編譯生成真正高效的機器語言程序，也使編譯程序本身太長，太復(fù)雜。 ④機器執(zhí)行程序時，各種指令出現(xiàn)的頻度相差懸殊，在程序中占指令系統(tǒng)20％的簡單指令的使用頻度卻達(dá)80％，而在微程序控制的計算機中，占指令總數(shù)20％的最復(fù)雜的指令卻占用了控制存儲器容量的80％。 為了克服CISC結(jié)構(gòu)的缺點，使計算機結(jié)構(gòu)變得簡單、合理、有效，20世紀(jì)70年代初開始了RISe技術(shù)的研究，特別是美國加州大學(xué)伯克利分校的RISe Ⅰ和RISe Ⅱ機、斯坦福大學(xué)的MIPS機的成功研制對RISC的誕生和發(fā)展起了重大的作用。 3.6.2 RISC的特點 精簡指令系統(tǒng)計算機的設(shè)計目標(biāo)是通過簡化指令使計算機的結(jié)構(gòu)更加簡單，更加合理，更加有效。在指令系統(tǒng)簡化后，計算機的結(jié)構(gòu)自然趨于簡單。RISC在此基礎(chǔ)上，既繼承了CISC的優(yōu)點，又克服了CISC的缺點，從而使計算機的運算速度更快，其實現(xiàn)途徑是減小指令的執(zhí)行周期數(shù)。 1.RISC主要特點 ①設(shè)計指令系統(tǒng)時，選擇一些使用頻率較高的簡單指令，并補充一些很有用但不復(fù)雜的指令。 ②指令的長度固定，指令格式種類少，尋址方式種類少。 ③只有存數(shù)／取數(shù)指令訪問存儲器，其余指令的操作都在寄存器之間進行，CPU中配置的寄存器的數(shù)量相當(dāng)多。 ④以硬布線控制為主，不用或少用微程序控制。因為微程序雖然便于增加或修改指令，使機器有較大的靈活性和適應(yīng)性，但對微程序的解釋和執(zhí)行很難在一個機器周期中完成。 ⑤采用流水線技術(shù)、超級標(biāo)量及超級流水線技術(shù)，使得指令的平均執(zhí)行時間小于等于一個機器周期，而在單指令流計算機中，要在一個機器周期內(nèi)完成這些操作簡直是不可能的。 ⑥采用高速緩存結(jié)構(gòu)，擴展存儲器的帶寬，使之能滿足向流水線源源不斷地輸送指令的需要。 ⑦采用優(yōu)化的編譯程序，使之有效地支持高級語言程序。RISC指令集的簡化使得CPU執(zhí)行同樣一個程序所需的指令數(shù)雖比CISC的CPU所需的指令要多，但可通過優(yōu)化編譯程序和其他方法減少指令數(shù)。

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