計算機組成原理

全書按照計算機專業本科生的教學要求，並根據"計算機組成原理"課程教學大綱及碩士研究生入學考試的要求編寫而成。共分為7 章：第 1 章總體介紹了計算機組成原理的基本概念及應用領域；第 2 章介紹了計算機運算的方法； 第3 章介紹了存儲器相關的知識；第4 章重點介紹了計算機的核心部件中央處理器；第5 章介紹了指令系統；第6 章介紹了總線結構和分類，總線通信與控制等知識；第7 章介紹了輸入輸出系統。

本書每章之後附有習題，包括基礎題和提高題。基礎題可用於學生日常學習或教學佈置練習時使用，提高題則適用於準備考碩士研究生的同學使用。

第 1章　計算機組成概述　1

1.1　計算機的由來　1

1.2　計算機的組成　2

1.2.1　計算機硬件　2

1.2.2　計算機軟件　4

1.3　計算機發展歷程　5

1.4　計算機的性能指標　9

1.5　計算機的應用　11

1.6　小結　12

習題1　13

第 2章　計算機運算方法　15

2.1　數制與編碼　15

2.1.1　數制及其轉換　15

2.1.2　BCD碼　17

2.1.3　校驗碼　18

2.2　數據的表示方法　21

2.2.1　真值和機器數　22

2.2.2　字符與字符串　22

2.2.3　定點數表示法　25

2.2.4　浮點數表示法　29

2.3　定點數加減法運算　32

2.3.1　運算規則　32

2.3.2　運算實例　33

2.3.3　溢出判斷　34

2.4　定點數乘法運算　35

2.4.1　原碼一位乘法　35

2.4.2　原碼二位乘法　37

2.4.3　補碼一位乘法　38

2.4.4　補碼二位乘法　40

2.5　定點數除法運算　41

2.5.1　原碼一位除法　41

2.5.2　補碼一位除法　42

2.6　浮點數算術運算　44

2.6.1　浮點數加減運算　44

2.6.2　浮點數乘除運算　46

2.6.3　浮點運算器　47

2.7　算術邏輯單元　50

2.7.1　算術邏輯單元簡介　50

2.7.2　多功能算術邏輯單元　51

2.7.3　運算器　55

2.8　小結　56

習題2　57

第3章　存儲器　59

3.1　存儲器概述　59

3.1.1　存儲器分類　59

3.1.2　存儲器主要技術指標　61

3.1.3　存儲器層次結構　61

3.2　主存儲器　64

3.2.1　半導體只讀存儲器　64

3.2.2　半導體隨機存儲器　66

3.2.3　靜態MOS存儲器　66

3.2.4　動態MOS存儲器　70

3.3　主存與CPU的連接　71

3.3.1　連接的意義　71

3.3.2　主存容量的擴展　72

3.3.3　存儲芯片的分配與片選　74

3.3.4　存儲器與CPU的連接　74

3.4　雙口RAM和多模塊存儲器　75

3.4.1　雙端口RAM　75

3.4.2　多模塊存儲器　76

3.5　高速緩衝存儲器　77

3.5.1　高速緩衝存儲器的組織與管理　78

3.5.2　地址映像與轉換　78

3.5.3　替換策略　81

3.5.4　Cache的一致性問題　83

3.5.5　Cache性能分析　83

3.5.6　相聯存儲器　84

3.6　虛擬存儲器　85

3.6.1　虛擬存儲器的基本概念　85

3.6.2　頁式虛擬存儲器　86

3.6.3　段式虛擬存儲器　87

3.6.4　段頁式虛擬存儲器　87

3.6.5　快表　87

3.7　外部存儲器　88

3.7.1　外部存儲器簡介　88

3.7.2　磁盤存儲器　88

3.7.3　光盤存儲器　93

3.7.4　磁帶　94

3.7.5　其他存儲器　95

3.8　小結　96

習題3　96

第4章　中央處理器　99

4.1　中央處理器的結構　100

4.2　指令週期與時序產生器　100

4.2.1　指令週期　100

4.2.2　時序產生器　101

4.3　微程序控制與設計　101

4.3.1　微程序控制簡介　101

4.3.2　微指令簡介　102

4.3.3　微程序控制器　102

4.3.4　微程序設計　103

4.4　硬佈線邏輯控制器　104

4.4.1　硬佈線邏輯控制器　104

4.4.2　硬佈線邏輯設計　104

4.5　多核處理器　105

4.6　指令執行過程與數據通路　106

4.7　指令流水線與衝突處理　107

4.8　中央處理器的新進展　110

4.8.1　流水線處理器簡介　110

4.8.2　超標量處理器簡介　110

4.8.3　奔騰處理器簡介　110

4.8.4　其他發展　114

4.9　小結　114

習題4　114

第5章　指令系統　118

5.1　指令系統簡介　118

5.1.1　指令系統的發展歷程　118

5.1.2　指令系統的特點　119

5.1.3　指令系統的性能指標　119

5.2　指令格式　120

5.2.1　指令格式簡介　120

5.2.2　操作碼　120

5.2.3　地址碼　120

5.2.4　指令字長度與擴展方法　122

5.2.5　典型指令格式實例　124

5.3　尋址方式　126

5.3.1　指令尋址　127

5.3.2　數據尋址　128

5.3.3　尋址實例　132

5.4　複雜指令集和精簡指令集　135

5.4.1　複雜指令集簡介　136

5.4.2　精簡指令集簡介　136

5.4.3　CISC和RISC的比較　137

5.5　小結　137

習題5　138

第6章　總線　141

6.1　總線的概述　141

6.2　總線的結構和分類　141

6.2.1　總線的結構　141

6.2.2　總線的分類　143

6.2.3　總線的性能指標　144

6.3　總線通信與控制　144

6.3.1　信息的傳送方式　144

6.3.2　總線的通信　145

6.3.3　總線的控制　146

6.4　典型的總線　148

6.4.1　ISA和EISA總線　148

6.4.2　PCI和AGP總線　150

6.4.3　USB總線　152

6.4.4　其他類型的總線　152

6.5　小結　153

習題6　153

第7章　輸入與輸出系統　155

7.1　輸入與輸出系統簡介　155

7.2　程序查詢及中斷　156

7.2.1　程序查詢方式　156

7.2.2　程序中斷簡介　157

7.2.3　程序中斷處理　158

7.3　存儲器直接存取方式　159

7.3.1　存儲器直接存取的基本概念　159

7.3.2　存儲器直接存取的特點　160

7.3.3　存儲器直接存取的工作過程　160

7.4　通道方式　161

7.4.1　通道的作用和功能　161

7.4.2　通道的類型　162

7.4.3　通道的工作過程　162

7.4.4　通道方式的發展　163

7.5　輸入與輸出設備簡介　163

7.5.1　輸入設備簡介　164

7.5.2　輸出設備簡介　166

7.6　I/O接口　167

7.7　小結　168

習題7　169

附錄　172

期末複習題(一)　172

期末複習題(二)　173

期末複習題(三)　175

期末複習題(四)　176

期末複習題(五)　178

期末複習題(六)　179 ^[1]