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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Cache255

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