計算機組成原理

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了計算機的基本組成、基本原理和基本分析方法。全書共7章，內(nèi)容包括計算機系統(tǒng)概述、運算方法與運算器、存儲器與存儲體系、指令系統(tǒng)、控制器與中央處理器、輸入輸出系統(tǒng)和系統(tǒng)總線，涉及計算機從部件到整機的組織結(jié)構(gòu)和工作原理。
本書力求深入淺出，理論聯(lián)系實際，每章均附有習(xí)題，可作為高等院校計算機專業(yè)教材，也可作為相關(guān)科技人員的參考書。

書籍目錄

第1章  計算機系統(tǒng)概述
  1.1  計算機的發(fā)展歷程
  1.2  計算機硬件的基本組成
    1.2.1  主存儲器
    1.2.2  運算器
    1.2.3  控制器
    1.2.4  輸入輸出設(shè)備
    1.2.5  計算機的總線結(jié)構(gòu)
  1.3  程序設(shè)計語言和計算機的層次結(jié)構(gòu)
  1.4  計算機的主要性能指標
    1.4.1  機器字長
    1.4.2  運行速度
  習(xí)題
第2章  運算方法與運算器
  2.1  數(shù)制與編碼
    2.1.1  進位計數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換
    2.1.2  機器數(shù)的表示
    2.1.3  十進制數(shù)的二進制編碼
    2.1.4  非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示
    2.1.5  數(shù)據(jù)信息的校驗
  2.2  機器數(shù)的定點表示和浮點表示
    2.2.1  定點數(shù)的表示
    2.2.2  浮點數(shù)的表示
  2.3  定點數(shù)加減法運算
    2.3.1  加法器及其進位鏈
    2.3.2  原碼加減運算方法
    2.3.3  補碼加減運算方法
    2.3.4  補碼加減運算的邏輯實現(xiàn)
  2.4  定點數(shù)移位運算
  2.5  定點乘法運算
    2.5.1  原碼乘法運算
    2.5.2  補碼乘法運算
    2.5.3  陣列乘法器
  2.6  定點除法運算
    2.6.1  原碼除法運算
    2.6.2  補碼除法運算
    2.6.3  陣列除法器
  2.7  浮點數(shù)的四則運算
    2.7.1  浮點加減運算
    2.7.2  浮點乘除運算
  2.8  運算器的組織
    2.8.1  邏輯運算與算術(shù)邏輯單元ALU
    2.8.2  定點運算器的組成與結(jié)構(gòu)
    2.8.3  浮點運算器的組成與結(jié)構(gòu)
  習(xí)題
第3章  存儲器和存儲體系
  3.1  存儲器概述
    3.1.1  存儲器的分類
    3.1.2  存儲器的性能指標
  3.2  半導(dǎo)體隨機存取存儲器
    3.2.1  靜態(tài)隨機存取存儲位元
    3.2.2  動態(tài)隨機存取存儲位元
    3.2.3  半導(dǎo)體隨機存取存儲芯片
    3.2.4  高級DRAM
  3.3  半導(dǎo)體只讀存儲器
    3.3.1  掩模型只讀存儲器
    3.3.2  一次可編程只讀存儲器
    3.3.3  可擦除可編程只讀存儲器
    3.3.4  電可擦除可編程只讀存儲器
    3.3.5  Flash存儲器
  3.4  主存儲器的組織
    3.4.1  主存儲器容量的擴充
    3.4.2  主存儲器的編址方式
  3.5  并行存儲器
    3.5.1  雙端口存儲器
    3.5.2  多模塊交叉存儲器
    3.5.3  相聯(lián)存儲器
  3.6  高速緩沖存儲器cache
    3.6.1  cache的基本原理
    3.6.2  地址映像
    3.6.3  替換算法
    3.6.4  cache的讀寫策略
  3.7  虛擬存儲器
    3.7.1  虛擬存儲器的基本概念
    3.7.2  頁式虛擬存儲器
    3.7.3  段式虛擬存儲器
    3.7.4  段頁式虛擬存儲器
    3.7.5  快表與慢表
  3.8  存儲體系的層次結(jié)構(gòu)
  習(xí)題
第4章  指令系統(tǒng)
  4.1  指令系統(tǒng)的基本概念
    4.1.1  指令和指令系統(tǒng)
    4.1.2  指令的格式
    4.1.3  指令的類型
  4.2  尋址方式
    4.2.1  數(shù)據(jù)尋址
    4.2.2  指令尋址
  4.3  RISC技術(shù)
    4.3.1  RISC的產(chǎn)生及發(fā)展
    4.3.2  RISC的主要特征
    4.3.3  RISC與CISC的比較
  4.4  指令系統(tǒng)設(shè)計舉例
    4.4.1  JU-C1模型機指令系統(tǒng)
    4.4.2  JU-C1模型機匯編程序設(shè)計舉例
  習(xí)題
第5章  控制器和中央處理器
  5.1  控制器概述
    5.1.1  控制器基本組成
    5.1.2  控制器的工作過程
    5.1.3  控制器的實現(xiàn)方式
  5.2  模型機CPU的數(shù)據(jù)通路
  5.3  指令執(zhí)行流程
    5.3.1  取指令階段
    5.3.2  取操作數(shù)階段
    5.3.3  執(zhí)行階段
    5.3.4  指令執(zhí)行的微操作序列舉例
  5.4  組合邏輯控制器
    5.4.1  同步控制和異步控制
    5.4.2  多級時序系統(tǒng)
    5.4.3  組合邏輯控制器的設(shè)計
  5.5  微程序控制器
    5.5.1  微程序控制基本原理
    5.5.2  微指令編碼方式
    5.5.3  微程序的順序控制
    5.5.4  微程序控制的時序
  5.6  模型機的微程序控制器設(shè)計
    5.6.1  微指令編碼設(shè)計
    5.6.2  微地址形成邏輯
    5.6.3  微程序設(shè)計舉例
  5.7  流水線技術(shù)
    5.7.1  流水線的基本原理
    5.7.2  流水線的性能指標
    5.7.3  流水線的分類
    5.7.4  指令流水線的相關(guān)與沖突
    5.7.5  超標量與超流水線
  習(xí)題
第6章  輸入輸出系統(tǒng)
  6.1  常用輸入設(shè)備和輸出設(shè)備
    6.1.1  輸入設(shè)備
    6.1.2  輸出設(shè)備
  6.2  輔助存儲器
    6.2.1  磁記錄原理及記錄方式
    6.2.2  磁盤存儲器
    6.2.3  磁帶存儲器
    6.2.4  光盤存儲器
  6.3  輸入輸出接口
    6.3.1  接口概述
    6.3.2  接口功能和組成
    6.3.3  I/O端口的編址方式
    6.3.4  接口的類型
    6.3.5  I/O接口與主機之間信息傳送的控制方式
  6.4  程序查詢控制方式
    6.4.1  基本概念
    6.4.2  程序查詢方式的工作流程
    6.4.3  程序查詢方式的接口組成
  6.5  程序中斷方式
    6.5.1  中斷的基本概念
    6.5.2  中斷的基本過程和相關(guān)概念
    6.5.3  中斷優(yōu)先級
    6.5.4  中斷響應(yīng)
    6.5.5  中斷服務(wù)程序入口地址的獲取
    6.5.6  中斷嵌套和中斷屏蔽
  6.6  直接存儲器存?。―MA）方式
    6.6.1  DMA方式的基本概念
    6.6.2  DMA方式的傳送過程
    6.6.3  DMA的傳送方式
    6.6.4  DMA的接口組成
  6.7  I/O通道控制方式
    6.7.1  通道的基本概念
    6.7.2  通道的功能
    6.7.3  通道的類型
    6.7.4  通道的工作過程
    6.7.5  通道結(jié)構(gòu)的發(fā)展
  習(xí)題
第7章  系統(tǒng)總線
  7.1  總線概述
    7.1.1  總線的特性及性能指標
    7.1.2  總線的分類
    7.1.3  系統(tǒng)總線標準化
    7.1.4  系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu)形式
  7.2  系統(tǒng)總線仲裁方式
    7.2.1  總線爭用和仲裁的定義
    7.2.2  集中式總線仲裁
    7.2.3  分布式總線仲裁
  7.3  系統(tǒng)總線操作時序和操作方式
    7.3.1  操作時序的類型
    7.3.2  系統(tǒng)總線操作方式
  7.4  典型微機系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)舉例
    7.4.1  ISA總線結(jié)構(gòu)
    7.4.2  PCI總線結(jié)構(gòu)
    7.4.3  PCI Express總線結(jié)構(gòu)
  習(xí)題

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   3.7.1 虛擬存儲器的基本概念 虛擬存儲技術(shù)的提出，主要是為了應(yīng)對日益增大的程序存儲空間的要求，隨著軟件程序越來越龐大，功能越來越多，應(yīng)用越來越廣，使得程序員對于存儲空間的要求也越來越大，而系統(tǒng)自身的主存容量大小已無法滿足其需求。程序員希望能擺脫主存地址空間的限制，而完全按照自身需要來確定所需存儲容量。虛擬存儲技術(shù)借助于輔助存儲器，以透明的方式給用戶提供一個足夠大的存儲空間。在這個空間里面，程序員可以自由編程，而無需擔(dān)心程序在存儲器中如何存儲以及實際主存容量是否限制程序無法運行。 此外，多道程序運行技術(shù)的應(yīng)用也是促進虛擬存儲器發(fā)展的原因之一，所謂多道程序運行指的是允許多個程序同時進入一個計算機系統(tǒng)的主存儲器并啟動進行計算的方法。也就是說，計算機內(nèi)存中可以同時存放多道（兩個以上相互獨立的）程序，它們都處于開始和結(jié)束之間。從宏觀上看各個程序之間是并行的，多道程序都處于運行中，并且都沒有運行結(jié)束；從微觀上看對于每個程序而言，它們都是串行的，各道程序輪流使用CPU，交替執(zhí)行。引人多道程序運行技術(shù)的根本目的是為了提高CPU的利用率，充分發(fā)揮計算機系統(tǒng)部件的并行性，而且現(xiàn)代計算機系統(tǒng)都采用了多道程序運行技術(shù)。但是隨之而來的就有一個問題，那就是由于主存儲器存放多道程序，而各個程序在編寫的時候，都是獨立編址的。當它們被裝入主存的時候，各程序編寫時所用地址與實際的主存地址不一致。如何解決這個問題，就用到了虛擬存儲器中的一個主要技術(shù)——程序的重定位。

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