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第1章 绪论 1

1.1计算机的发展史 2

1.1.1发展经历 2

1.1.2摩尔定律 3

1.2计算机的基本组成 5

1.2.1硬件系统 5

1.2.2软件系统 8

1.3计算机的分层组织结构 9

1.3.1计算机分层结构形式 9

1.3.2计算机系统结构、组成与实现 10

1.4计算机的分类及性能描述 12

1.4.1计算机的分类 12

1.4.2计算机的性能描述 14

1.5课后练习 21

第2章 计算机中的数据表示 23

2.1数据编码 24

2.1.1数值数据的编码 24

2.1.2数据的浮点表示 31

2.1.3 BCD码 37

2.2非数值数据的编码 39

2.2.1 ASCII码 39

2.2.2汉字编码 41

2.3检错与纠错编码 44

2.3.1奇偶校验码 44

2.3.2海明码 45

2.3.3循环冗余校验码 47

2.4课后练习 49

第3章 运算方法与运算器 52

3.1定点数运算 53

3.1.1加减运算 53

3.1.2乘法运算 61

3.1.3除法运算 69

3.2算术逻辑单元 74

3.2.1单元电路 74

3.2.2算术单元 77

3.2.3运算器的结构 79

3.3浮点运算 80

3.3.1浮点加减运算 80

3.3.2浮点乘除运算 83

3.3.3浮点运算的实现 86

3.4课后练习 86

第4章 指令系统 91

4.1指令格式 92

4.1.1概述 92

4.1.2指令信息及格式 93

4.1.3指令设计 95

4.2存储及寻址方式 99

4.2.1主存中的数据存储方式 99

4.2.2寻址方式 99

4.3指令系统 108

4.3.1传送指令 108

4.3.2算术运算指令 109

4.3.3逻辑运算指令 112

4.3.4移位及循环移位指令 113

4.3.5程序控制指令 114

4.3.6处理器控制指令 116

4.3.7串操作指令 116

4.3.8位操作指令 117

4.3.9其他指令 118

4.4精简指令集计算机 118

4.4.1指令系统的从简到繁 118

4.4.2精简指令集计算机的由来及特点 119

4.5课后练习 120

第5章 中央处理器 123

5.1 CPU的结构 124

5.1.1 CPU的功能 124

5.1.2构成CPU的主要部件 124

5.2指令系统设计 127

5.2.1设计CPU的寻址方式 127

5.2.2指令的设计 128

5.3 CPU执行指令的过程 132

5.3.1指令时序 132

5.3.2指令执行过程分析 135

5.4 CPU的部件设计 142

5.4.1熟悉部件的回顾 142

5.4.2指令执行的详细说明 144

5.4.3组合逻辑控制器设计 148

5.4.4微程序控制器设计 150

5.5课后练习 163

第6章 流水线技术 166

6.1概述 167

6.1.1流水线概述 167

6.1.2流水线的分类 169

6.2流水线的性能分析 172

6.2.1吞吐率 172

6.2.2加速比 175

6.2.3效率 176

6.3流水线中的相关 178

6.3.1概述 178

6.3.2结构相关 179

6.3.3数据相关 181

6.3.4控制相关 183

6.3.5流水线的中断处理 189

6.3.6带成功开销的流水线性能 191

6.4指令级并行 191

6.4.1指令级并行概述 191

6.4.2提高指令级并行的方法 193

6.5其他有关技术 202

6.5.1超标量处理机 202

6.5.2超流水线处理机 203

6.5.3超标量超流水线处理机 204

6.5.4超长指令字处理机 205

6.6课后练习 206

第7章 存储系统 208

7.1存储系统概述 209

7.1.1存储系统的层次结构 209

7.1.2存储器的分类 209

7.1.3存储器的性能指标 210

7.2主存储器 212

7.2.1随机读写存储器 212

7.2.2只读存储器 223

7.2.3动态读写存储器 228

7.2.4主存储器校验 235

7.2.5其他存储器 240

7.3高速缓冲存储器 244

7.3.1工作原理 245

7.3.2替换算法 251

7.3.3主存与Cache内容的一致性问题 252

7.3.4 Cache性能分析 253

7.3.5 Pentium的Cache 255

7.4虚拟存储器 256

7.4.1虚拟存储器的概念 256

7.4.2虚拟存储器的管理 256

7.4.3几点说明 260

7.4.4 Pentium虚拟存储器 261

7.5课后练习 262

第8章 输入／输出系统 265

8.1总线 266

8.1.1概述 266

8.1.2总线的信息传送 268

8.1.3典型总线介绍 272

8.2输入／输出基本原理 280

8.2.1外部设备 280

8.2.2程序控制输入输出技术 302

8.3中断方式 306

8.3.1中断的基本概念 306

8.3.2中断优先级控制 309

8.4直接存储器存取 311

8.4.1 DMA概述 311

8.4.2 DMA的一般过程 313

8.5通道方式 314

8.5.1通道方式的特点 314

8.5.2通道的类型 315

8.5.3通道的发展 315

8.6课后练习 316

第9章 多机系统 318

9.1概述 319

9.1.1并行处理 319

9.1.2并行计算机分类 319

9.2多机互联网络 324

9.2.1互联函数 324

9.2.2静态互联网络 328

9.2.3动态互联网络 332

9.3对称多处理机系统 343

9.3.1对称多处理机的构成 343

9.3.2多机系统的性能分析 346

9.3.3对称多处理机系统Cache的一致性 348

9.3.4多处理机系统的调度与负载平衡 355

9.4分布式共享存储器多机系统 361

9.4.1分布式共享存储器多机系统的结构 361

9.4.2 CC-NUMA系统 362

9.5多机系统其他结构形式 364

9.5.1大规模并行处理系统 364

9.5.2集群系统 365

9.5.3向量处理机 368

9.5.4高性能计算机的发展 370

9.6课后练习 374