計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

前言

本書(shū)是將此前的兩門(mén)課的教材《計(jì)算機(jī)組成原理》和《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》的內(nèi)容整合在一起構(gòu)成的。原因在于先前的兩門(mén)課的內(nèi)容在許多地方是重復(fù)的，同時(shí)在新的教學(xué)計(jì)劃中所分配的教學(xué)時(shí)間比較少，分成兩門(mén)課實(shí)施起來(lái)困難較大，合成一門(mén)課更加適合于教學(xué)要求。本書(shū)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理、基本概念、構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)部件及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。書(shū)中首先講述在計(jì)算機(jī)中數(shù)值及非數(shù)值編碼；描述了定點(diǎn)及浮點(diǎn)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算法則及其相應(yīng)的運(yùn)算器的構(gòu)成；闡述計(jì)算機(jī)中常用指令的構(gòu)成、尋址方式及指令系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上說(shuō)明控制器的構(gòu)成方法；結(jié)合前面的論述，描述了一個(gè)樣本處理器經(jīng)典的設(shè)計(jì)思路。在描述這些基礎(chǔ)內(nèi)容之后，再介紹構(gòu)成單處理機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所涉及的流水線(xiàn)技術(shù)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、總線(xiàn)及輸入輸出技術(shù)、典型的輸入輸出設(shè)備。最后，書(shū)中將介紹并行處理及多機(jī)系統(tǒng)，還將說(shuō)明目前及未來(lái)計(jì)算機(jī)及SOC（片上系統(tǒng)或系統(tǒng)芯片）設(shè)計(jì)的理念及方法等新內(nèi)容。本書(shū)著重說(shuō)明計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的基本原理、基本概念和基本方法，以便使讀者在學(xué)完本書(shū)之后，能夠建立牢固的基礎(chǔ)知識(shí)。本書(shū)并不注重問(wèn)題的工程實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，具體工程問(wèn)題的硬、軟件解決方案留待另一門(mén)課（微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)）去解決。本書(shū)的最后一章介紹了硬件芯片及CPU的設(shè)計(jì)思路，考慮到將來(lái)學(xué)生畢業(yè)后從設(shè)計(jì)CPU開(kāi)始構(gòu)成計(jì)算機(jī)的機(jī)會(huì)是不大的。因此，只要使學(xué)生知道有這樣的設(shè)計(jì)CPU的方法就夠了。學(xué)生將來(lái)使用和設(shè)計(jì)SOC（片上系統(tǒng)或系統(tǒng)芯片）的可能性是很大的，因此，這一部分內(nèi)容應(yīng)予以說(shuō)明或讓學(xué)生自己閱讀。本書(shū)由長(zhǎng)安大學(xué)信息學(xué)院的李鋼編寫(xiě)第1、2、7、8章，西安電子科技大學(xué)李伯成編寫(xiě)其他章節(jié)并負(fù)責(zé)全書(shū)統(tǒng)稿。在本書(shū)的編寫(xiě)過(guò)程中，作者努力將基本概念及基本方法闡述清楚，使本書(shū)簡(jiǎn)明扼要，通俗易懂，重點(diǎn)突出。同時(shí)，融人作者多年教學(xué)中的體會(huì)與心得。盡管做了努力，由于水平及時(shí)間上的限制，錯(cuò)誤不當(dāng)之處在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。在本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中，除了書(shū)后的參考資料外，還參考了網(wǎng)上的許多資料，在此一并感謝！

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》的內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示，基本的運(yùn)算方法與運(yùn)算器的構(gòu)成，中央處理器的指令系統(tǒng)、尋址方式及控制器等基礎(chǔ)知識(shí)，以及構(gòu)成計(jì)算機(jī)的其他組成部件（如總線(xiàn)、存儲(chǔ)器、輸入輸出技術(shù)與設(shè)備）。書(shū)中還用專(zhuān)門(mén)的章節(jié)描述流水線(xiàn)技術(shù)、多處理機(jī)系統(tǒng)及如何設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)?！　　队?jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》內(nèi)容充實(shí)、簡(jiǎn)明扼要、重點(diǎn)突出，涵蓋了計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)容并增加一些新的內(nèi)容?！　　队?jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》可作為高校理工科專(zhuān)業(yè)“計(jì)算機(jī)組成原理”或“計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程的教科書(shū)，也可作為從事計(jì)算機(jī)行業(yè)的一般工程技術(shù)人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展史1.1.1 發(fā)展經(jīng)歷1.1.2 摩爾定律1.2 計(jì)算機(jī)的基本組成1.2.1 硬件系統(tǒng)1.2.2 軟件系統(tǒng)1.3 計(jì)算機(jī)的分層組織結(jié)構(gòu)1.3.1 計(jì)算機(jī)分層結(jié)構(gòu)形式1.3.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實(shí)現(xiàn)1.4 計(jì)算機(jī)的分類(lèi)及性能描述1.4.1 計(jì)算機(jī)的分類(lèi)1.4.2 計(jì)算機(jī)的性能描述習(xí)題第2章 計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示2.1 數(shù)據(jù)編碼2.1.1 數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼2.1.2 數(shù)據(jù)的浮點(diǎn)表示2.1.3 BCD碼2.2 非數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼2.2.1 ASCII碼2.2.2 漢字編碼2.3 檢錯(cuò)與糾錯(cuò)編碼2.3.1 奇偶校驗(yàn)碼2.3.2 海明碼2.3.3 循環(huán)冗余校驗(yàn)碼習(xí)題第3章 運(yùn)算方法與運(yùn)算器3.1 定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算3.1.1 加減運(yùn)算3.1.2 乘法運(yùn)算3.1.3 除法運(yùn)算3.2 算術(shù)邏輯單元3.2.1 單元電路3.2.2 算術(shù)邏輯單元3.2.3 運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)3.3 浮點(diǎn)運(yùn)算3.3.1 浮點(diǎn)加減運(yùn)算3.3.2 浮點(diǎn)乘除運(yùn)算3.3.3 浮點(diǎn)運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)習(xí)題第4章 指令系統(tǒng)4.1 指令格式4.1.1 概述4.1.2 指令信息及格式4.1.3 指令設(shè)計(jì)4.2 尋址方式4.2.1 主存中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式4.2.2 尋址方式4.3 指令系統(tǒng)4.3.1 傳送指令4.3.2 算術(shù)運(yùn)算指令4.3.3 邏輯運(yùn)算指令4.3.4 移位及循環(huán)移位指令4.3.5 程序控制指令4.3.6 處理器控制指令4.3.7 串操作指令4.3.8 位操作指令4.3.9 其他指令4.4 精減指令集計(jì)算機(jī)4.4.1 指令系統(tǒng)的從簡(jiǎn)到繁4.4.2 精減指令集計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)習(xí)題第5章 中央處理器CPU5.1 CPU的結(jié)構(gòu)5.1.1 CPU的功能5.1.2 構(gòu)成CPU的主要部件5.2 指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.2.1 設(shè)計(jì)CPU的尋址方式5.2.2 指令的設(shè)計(jì)5.3 CPU執(zhí)行指令的過(guò)程5.3.1 指令時(shí)序5.3.2 指令執(zhí)行過(guò)程分析5.4 CPU的部件設(shè)計(jì)5.4.1 熟悉部件的回顧5.4.2 指令執(zhí)行的詳細(xì)說(shuō)明5.4.3 組合邏輯控制器設(shè)計(jì)5.4.4 微程序控制器設(shè)計(jì)習(xí)題第6章 流水線(xiàn)技術(shù)6.1 概述6.1.1 流水線(xiàn)概述6.1.2 流水線(xiàn)的分類(lèi)6.2 流水線(xiàn)的性能分析6.2.1 吞吐率6.2.2 加速比6.2.3 效率6.3 流水線(xiàn)中的相關(guān)6.3.1 概述6.3.2 結(jié)構(gòu)相關(guān)6.3.3 數(shù)據(jù)相關(guān)6.3.4 控制相關(guān)6.3.5 流水線(xiàn)的中斷處理6.3.6 帶成功開(kāi)銷(xiāo)的流水線(xiàn)性能6.4 指令級(jí)并行6.4.1 指令級(jí)并行概述6.4.2 提高指令級(jí)并行的方法6.5 其他有關(guān)技術(shù)6.5.1 超標(biāo)量處理機(jī)6.5.2 超流水線(xiàn)處理機(jī)6.5.3 超標(biāo)量超流水線(xiàn)處理機(jī)6.5.4 超長(zhǎng)指令字處理機(jī)習(xí)題第7章 存儲(chǔ)系統(tǒng)7.1 存儲(chǔ)系統(tǒng)概述7.1.1 存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)7.1.2 存儲(chǔ)器的分類(lèi)7.1.3 存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)7.2 內(nèi)部存儲(chǔ)器(主存儲(chǔ)器)7.2.1 隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器(RAM)7.2.2 只讀存儲(chǔ)器(ROM)7.2.3 動(dòng)態(tài)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器(DRAM)7.2.4 主存儲(chǔ)器校驗(yàn)7.2.5 其他存儲(chǔ)器7.3 高速緩沖存儲(chǔ)器7.3.1 工作原理7.3.2 替換算法7.3.3 主存-Cache內(nèi)容的一致性問(wèn)題7.3.4 Cache性能分析7.3.5 Pentium的Cache7.4 虛擬存儲(chǔ)器7.4.1 虛擬存儲(chǔ)器的概念7.4.2 虛擬存儲(chǔ)器的管理7.4.3 幾點(diǎn)說(shuō)明7.4.4 Pentium虛擬存儲(chǔ)器習(xí)題第8章 輸入輸出系統(tǒng)8.1 總線(xiàn)8.1.1 概述8.1.2 總線(xiàn)的信息傳送8.1.3 典型總線(xiàn)介紹8.2 輸入輸出基本原理8.2.1 外部設(shè)備8.2.2 程序控制輸入輸出技術(shù)8.3 中斷方式8.3.1 中斷的基本概念8.3.2 中斷優(yōu)先級(jí)控制8.4 直接存儲(chǔ)器存取8.4.1 DMA概述8.4.2 DMA的一般過(guò)程8.5 通道方式8.5.1 通道方式的特點(diǎn)8.5.2 通道的類(lèi)型8.5.3 通道的發(fā)展……第9章 多機(jī)系統(tǒng)第10章 基于EDA的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：可見(jiàn)，嵌入式計(jì)算機(jī)是一種專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)、軍事裝備的測(cè)量與控制。這類(lèi)計(jì)算機(jī)通常采用系統(tǒng)集成，即利用一些工業(yè)控制機(jī)各部件的提供商所提供的部件，進(jìn)行硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)集成來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入式計(jì)算機(jī)。對(duì)某些特殊要求的計(jì)算機(jī)，如要求體積特別小、工作溫度特別高、震動(dòng)特別劇烈等無(wú)法進(jìn)行系統(tǒng)集成時(shí)，則需要由設(shè)計(jì)者從元器件開(kāi)始設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)或者采用SOC進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。（2）按照計(jì)算機(jī)的用途通用計(jì)算機(jī)還可分為個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）和服務(wù)器?，F(xiàn)在，許多計(jì)算機(jī)都在聯(lián)網(wǎng)工作，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)才是計(jì)算機(jī)。在聯(lián)網(wǎng)工作中經(jīng)常有兩種結(jié)構(gòu)：客戶(hù)機(jī)／服務(wù)器（C／S）結(jié)構(gòu)和瀏覽器／服務(wù)器（B／S）結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中，用做客戶(hù)機(jī)或?yàn)g覽器的多是各種型號(hào)的個(gè)人計(jì)算機(jī)，通常它們的性能要低一些，滿(mǎn)足用戶(hù)要求即可。服務(wù)器是用于實(shí)現(xiàn)某種服務(wù)的。例如，目前常見(jiàn)的有WEB服務(wù)器、FTP服務(wù)器、MAIL服務(wù)器、文件共享服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用服務(wù)器、域名服務(wù)器、網(wǎng)站的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、DNS服務(wù)器、流媒體服務(wù)器等。一般而言，對(duì)服務(wù)器的性能要求是很高的，但也要根據(jù)服務(wù)器服務(wù)對(duì)象的要求來(lái)設(shè)計(jì)。目前高檔的服務(wù)器是由多達(dá)上千個(gè)處理器構(gòu)成集群系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其速度超過(guò)萬(wàn)億次。也有用性能好一些的PC來(lái)充當(dāng)最簡(jiǎn)單的服務(wù)器的。3.Flynn分類(lèi)法Flynn分類(lèi)法是按照計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序的過(guò)程中信息流的特征進(jìn)行分類(lèi)的。在程序執(zhí)行過(guò)程中存在三種信息流：指令流（IS）——機(jī)器執(zhí)行的指令序列，它由存儲(chǔ)器流入控制單元（CU）。數(shù)據(jù)流（DS）——由指令流所使用的數(shù)據(jù)，包括輸入數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果。數(shù)據(jù)在處理單元（PU）中進(jìn)行處理?？刂屏鳎–S）——指令流進(jìn)入CU，由CU產(chǎn)生一系列的控制流（信號(hào)），在控制流的控制下完成指令的功能。Flynn將計(jì)算機(jī)分為4類(lèi)，如圖1.5 所示。1）單指令流單數(shù)據(jù)流（SISD）計(jì)算機(jī)圖1.5 （a）所示的就是單指令流單數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)的示意圖。該計(jì)算機(jī)是由單個(gè)控制單元、單個(gè)處理單元和單個(gè)主存儲(chǔ)器組成。每次從存儲(chǔ)器取一條指令到控制器，由控制器對(duì)指令譯碼產(chǎn)生控制信號(hào)，控制處理單元完成指令規(guī)定的功能。這是最簡(jiǎn)單的一類(lèi)計(jì)算機(jī)，本書(shū)后面的章節(jié)將予以說(shuō)明。2）單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）計(jì)算機(jī)單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.5 （b）所示。它是由一個(gè)控制單元、多個(gè)處理單元和多個(gè)存儲(chǔ)器模塊組成。每次從存儲(chǔ)器取一條指令到控制器，由控制器對(duì)指令譯碼產(chǎn)生多種相同控制信號(hào)，并將相同的控制命令分別下到多個(gè)處理單元上，控制多個(gè)處理單元執(zhí)行相同的操作，完成這條指令對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)的處理。最終實(shí)現(xiàn)一條指令所規(guī)定的功能。由于該計(jì)算機(jī)是能夠通過(guò)執(zhí)行一條指令實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)的處理，這就是單指令流多數(shù)據(jù)流的由來(lái)。這類(lèi)計(jì)算機(jī)在本書(shū)后面的章節(jié)將予以描述。3）多指令流單數(shù)據(jù)流（MISD）計(jì)算機(jī)這種計(jì)算機(jī)的含義是由多個(gè)控制單元同時(shí)執(zhí)行多條指令對(duì)同一數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.5 （c）所示。但這種方式尚無(wú)實(shí)際的實(shí)例。

編輯推薦

《計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》：高等學(xué)校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教材精選·計(jì)算機(jī)原理。

圖書(shū)封面

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PDF格式下載

---