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第1章 概论1

1.1 计算机组成与体系结构的概述1

1.2 计算机系统的组成2

1.2.1 计算机硬件2

1.2.2 计算机软件4

1.2.3 计算机系统的层次结构5

1.2.4 计算机的工作过程7

1.3 计算机系统的主要技术指标9

1.3.1 机器字长10

1.3.2 主频11

1.3.3 存储容量11

1.3.4 运算速度12

1.4 计算机的发展14

1.4.1 计算机的硬件发展14

1.4.2 计算机体系结构的发展16

1.5 Pentium和PowerPC19

1.5.1 Pentium19

1.5.2 PowerPC19

习题120

第2章 存储系统21

2.1 存储系统概述21

2.1.1 存储体系21

2.1.2 存储器分类22

2.1.3 存储器的主要性能指标24

2.2 主存储器24

2.2.1 主存储器的基本组成24

2.2.2 RAM26

2.2.3 ROM34

2.2.4 半导体存储器的容量扩展37

2.2.5 并行存储技术42

2.3 高速缓冲存储器45

2.3.1 Cache的基本工作原理46

2.3.2 Cache—主存地址映像与变换48

2.3.3 Cache替换策略54

2.3.4 Cache性能分析55

2.3.5 多级Cache系统57

2.3.6 典型Cache组织58

2.4 虚拟存储器59

2.4.1 页式虚拟存储器60

2.4.2 段式虚拟存储器63

2.4.3 段页式虚拟存储器65

习题266

第3章 运算方法与运算器71

3.1 定点数的表示71

3.2 定点数的加减法运算72

3.2.1 补码的加减法运算及溢出判断72

3.2.2 移码的加减法运算及溢出判断76

3.3 定点数的乘法运算78

3.3.1 定点原码一位乘78

3.3.2 补码一位乘81

3.3.3 原码两位乘87

3.3.4 补码两位乘90

3.3.5 阵列乘法器92

3.4 定点除法运算93

3.4.1 原码一位除93

3.4.2 补码一位除96

3.5 浮点数的表示96

3.5.1 一般表示方式97

3.5.2 IEEE 754格式98

3.6 浮点数的运算99

3.6.1 浮点数的加减法运算99

3.6.2 浮点数的乘除法运算103

3.7 运算器104

3.7.1 加法器104

3.7.2 算术逻辑单元108

3.7.3 定点运算器112

3.7.4 浮点运算器114

3.8 数据校验码114

3.8.1 基本概念114

3.8.2 奇偶校验码115

3.8.3 海明校验码116

3.8.4 循环冗余校验码119

习题3122

第4章 指令系统125

4.1 机器指令特征125

4.2 寻址技术126

4.2.1 立即数寻址方式126

4.2.2 寄存器寻址方式127

4.2.3 直接寻址方式127

4.2.4 间接寻址方式128

4.2.5 基址寻址方式128

4.2.6 变址寻址方式129

4.2.7 相对寻址方式130

4.2.8 堆栈寻址方式130

4.3 指令系统的设计131

4.3.1 编码设计131

4.3.2 功能设计135

4.4 指令系统的种类136

4.4.1 精简指令系统136

4.4.2 复杂指令系统137

4.5 Pentium 4和PowerPC 620的指令系统138

4.5.1 Pentium 4指令系统138

4.5.2 PowerPC 620指令系统140

习题4141

第5章 控制器143

5.1 控制器的功能和基本结构143

5.1.1 控制器的功能143

5.1.2 控制器的组成144

5.1.3 寄存器的组织145

5.1.4 控制器的实现147

5.2 时序系统与控制方式147

5.2.1 指令周期和机器周期147

5.2.2 节拍和脉冲148

5.2.3 多级时序系统149

5.2.4 控制器的控制方式150

5.3 微程序控制151

5.3.1 基本概念152

5.3.2 基本原理153

5.3.3 设计技术158

5.3.4 微指令的格式设计164

5.3.5 微指令的执行方式165

5.4 硬布线控制器166

5.5 典型微处理器169

5.5.1 Pentium微处理器169

5.5.2 PowerPC处理器170

习题5171

第6章 输入输出系统172

6.1 概述172

6.1.1 I/O接口172

6.1.2 I/O方式176

6.1.3 总线177

6.2 程序直接控制方式177

6.2.1 程序查询方式工作流程178

6.2.2 程序查询方式接口179

6.3 程序中断方式180

6.3.1 中断的基本概念180

6.3.2 中断方式的工作流程181

6.3.3 多重中断和中断屏蔽技术184

6.3.4 程序中断方式接口187

6.4 DMA方式189

6.4.1 DMA方式的基本概念190

6.4.2 DMA控制器的组成及传送过程190

6.5 I/O通道方式193

6.5.1 概述193

6.5.2 通道的工作原理193

6.5.3 通道的类型194

6.5.4 通道的流量196

6.6 输入输出处理机197

6.7 总线197

6.7.1 总线的基本概念197

6.7.2 总线结构200

6.7.3 总线仲裁和数据传送控制201

6.8 输入／输出（I/O）设备204

6.8.1 输入设备204

6.8.2 输出设备205

习题6207

第7章 计算机体系结构209

7.1 指令的重叠执行技术209

7.1.1 指令的重叠执行方式209

7.1.2 先行控制方式的原理和结构211

7.2 流水线技术213

7.2.1 流水线的工作原理214

7.2.2 流水线的分类216

7.2.3 流水线的相关问题219

7.3 超标量处理机和超流水线处理机224

7.3.1 超标量处理机224

7.3.2 超流水线处理机226

7.3.3 超标量超流水线处理机227

7.4 并行计算机228

7.4.1 Flynn分类228

7.4.2 SIMD230

7.4.3 MIMD233

7.5 Pentium 4和PowerPC 620的处理机结构237

7.5.1 Pentium 4处理器237

7.5.2 PowerPC 620处理器239

习题7240

参考文献243