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第1章 计算机系统概论1

1.1计算机系统简介1

1.1.1计算机系统的组成1

1.1.2从应用程序透视计算机系统2

1.1.3计算机系统的层次结构6

1.1.4计算机组成和系统结构9

1.2计算机系统的发展与应用10

1.2.1计算机系统发展概况10

1.2.2计算机应用分类15

1.3计算机硬件的组成16

1.3.1冯·诺依曼计算机的特点16

1.3.2计算机硬件的基本组成17

1.3.3从程序运行透视计算机组成18

1.4计算机系统的性能26

1.4.1性能的定义26

1.4.2影响性能的因素26

1.5本书主要内容及组织结构29

思考题与习题30

第2章 指令系统32

2.1概述32

2.2指令系统的发展33

2.2.1指令系统的演变过程33

2.2.2 CISC与RISC指令系统的特点34

2.3指令系统的功能36

2.3.1指令系统的设计原则36

2.3.2数据类型37

2.3.3操作类型44

2.3.4指令系统实例46

2.3.5通过程序透视CISC和RISC49

2.4指令格式50

2.4.1指令的组成50

2.4.2指令字长55

2.4.3操作码扩展技术56

2.4.4指令格式举例58

2.5寻址方式60

2.5.1寻址方式60

2.5.2程序定位方式69

附录2A IA-32指令格式72

附录2B ASCII76

思考题与习题78

第3章 主存储器83

3.1主存储器概述83

3.1.1存储器的分类83

3.1.2主存储器与CPU的连接86

3.1.3主存储器的性能指标86

3.2半导体主存储器87

3.2.1主存储器的基本组成88

3.2.2 SRAM90

3.2.3 DRAM94

3.2.4新型DRAM100

3.2.5只读存储器和闪速存储器102

3.2.6存储器容量扩展及其与CPU的连接107

3.2.7微处理器与存储器的连接举例113

3.3高速主存储器117

3.3.1双端口存储器118

3.3.2多体交叉存储器120

思考题与习题124

第4章 存储系统127

4.1存储系统的层次结构127

4.2相联存储器129

4.3高速缓冲存储器132

4.3.1 cache的工作原理132

4.3.2 cache的设计要素135

4.3.3 cache与主存储器间的调度举例142

4.4辅助存储器146

4.4.1概述146

4.4.2硬磁盘存储器148

4.4.3磁盘阵列154

4.4.4其他辅助存储器158

4.5虚拟存储器162

4.5.1虚拟存储器的基本原理162

4.5.2虚存存储器的地址映射及变换165

4.5.3存储保护171

4.6 Pentium 4系列机的存储器172

4.6.1 Pentium 4的cache结构173

4.6.2 Pentium 4的虚拟存储管理174

思考题与习题177

第5章 总线与输入输出系统180

5.1总线180

5.1.1总线的概念180

5.1.2总线的分类181

5.2总线的管理和控制182

5.2.1总线仲裁机制183

5.2.2总线通信方式185

5.3总线结构和标准189

5.3.1总线结构189

5.3.2总线标准及特性190

5.3.3总线举例192

5.4输入输出系统195

5.5 I/O设备196

5.5.1外设的基本组成和分类196

5.5.2输入设备197

5.5.3输出设备202

5.6 I/O接口213

5.6.1 I/O接口的作用和组成213

5.6.2 I/O接口的通信方式214

5.7 I/O数据传送控制方式217

5.7.1程序查询方式217

5.7.2程序中断方式219

5.7.3 DMA方式227

思考题与习题232

第6章 数据的表示与运算236

6.1计算机中表示信息的基本方法236

6.1.1计算机中常用的信息类型236

6.1.2非数值数据的表示237

6.1.3十进制数据的编码表示243

6.1.4数据校验码246

6.2定点数的表示259

6.2.1计算机中常用进位计数制及其相互转换259

6.2.2真值与机器数263

6.2.3常用机器码的表示265

6.3定点运算272

6.3.1运算部件的基本结构272

6.3.2定点加减运算274

6.3.3移位运算281

6.3.4定点乘法运算288

6.3.5定点除法运算298

6.3.6阵列乘除法器307

6.3.7十进制运算311

6.3.8基本的逻辑运算315

6.4定点运算器的实现317

6.4.1加法器的进位技术317

6.4.2算术逻辑单元323

6.4.3定点运算器的基本结构328

6.5浮点数的表示与运算336

6.5.1浮点数的基本格式336

6.5.2浮点阶的移码表示337

6.5.3浮点表示法339

6.5.4 IEEE754浮点标准347

6.5.5规格化浮点加减运算349

6.5.6规格化浮点乘除运算353

6.5.7浮点运算的实现358

6.5.8 C语言数据操作的机内透视360

6.5.9提高运算器性能的措施363

思考题与习题365

第7章 中央处理器370

7.1 CPU的功能和组成370

7.1.1 CPU的功能371

7.1.2 CPU的基本结构372

7.2 CPU的设计方法373

7.2.1 CPU的设计过程373

7.2.2寄存器传输语言374

7.3 CPU数据通路的结构和组成376

7.3.1数据通路的操作分析376

7.3.2数据通路的基本部件378

7.3.3 CPU结构分类381

7.3.4目标指令集假设383

7.4中断系统384

7.4.1中断源分类384

7.4.2中断响应385

7.5单周期CPU数据通路387

7.5.1数据通路388

7.5.2指令周期流程392

7.5.3指令周期与CPU性能394

7.5.4支持内部中断的数据通路397

7.6多周期数据通路398

7.6.1数据通路的基本设计方法399

7.6.2分散互连结构399

7.6.3单总线结构406

7.6.4双总线和三总线结构409

7.6.5指令周期及机器性能413

7.7指令流水处理器414

7.7.1指令流水原理414

7.7.2指令流水线性能421

7.7.3流水CPU数据通路422

思考题与习题429

第8章 控制器435

8.1控制器的基本结构和设计方法435

8.1.1控制器的功能435

8.1.2控制器的组成和设计方法437

8.2计算机的控制方式438

8.2.1计算机中的时序系统438

8.2.2控制方式439

8.2.3时序信号产生器442

8.3组合逻辑控制器443

8.3.1硬布线控制器444

8.3.2门阵列控制器446

8.4微程序控制器453

8.4.1微程序控制器的设计思想453

8.4.2微程序控制单元的基本结构453

8.4.3微指令格式设计455

8.4.4微指令格式和微程序设计实例461

8.4.5微程序控制单元运行实例468

8.4.6微程序控制单元的操作定时469

8.4.7动态微程序设计470

8.5混合式控制器471

8.6流水线控制器472

8.6.1流水线控制器的基本结构472

8.6.2避免冒险的流水线控制器474

思考题与习题477

参考文献481