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目录2

第一部分 概述2

第1章　导论2

1.1　计算机组织与体系结构2

1.2　结构和功能3

1.2.1　功能3

1.2.2　结构5

1.3　为何要学习计算机组织和体系结构8

1.4　本书概要9

1.5　因特网和Web资源9

2.1.1　第一代：真空管11

2.1　计算机简史11

第2章　计算机的演变和性能11

2.1.2　第二代：晶体管18

2.1.3　第三代：集成电路20

2.1.4　后续的几代25

2.2　性能设计28

2.2.1　微处理器的速度28

2.2.2　性能平衡29

2.3　Pentium和PowerPC的进展31

2.3.1　Pentium31

2.3.2　PowerPC32

2.4　推荐的参考文献和Web站点33

2.5　关键词、思考题和习题34

第二部分　计算机系统39

第3章　计算机功能和互连的顶层视图39

3.1　计算机的部件39

3.2　计算机功能42

3.2.1　取指周期和执行周期42

3.2.2 中断45

3.2.3　I/O功能52

3.3　互连结构52

3.4　总线互连54

3.4.1 总线结构54

3.4.2　多总线层次结构56

3.4.3　总线设计要素58

3.5　PCI62

3.5.1 总线结构62

3.5.2　PCI命令66

3.5.3　数据传送67

3.5.4　仲裁69

3.6　推荐的参考文献和Web站点70

3.7　关键词、思考题和习题71

附录3A　时序图74

第4章　cache75

4.1　计算机存储系统概述75

4.1.1　存储系统的特性75

4.1.2　存储器分层结构77

4.2 cache存储器原理80

4.3 cache的设计要素83

4.3.1 cache容量83

4.3.2 映射功能83

4.3.3　替换算法91

4.3.4　写策略91

4.3.5　行的大小92

4.3.6　cache数目92

4.4 Pentium 4和PowerPC的cache组织94

4.4.1 Pentium 4的cache组织94

4.4.2 PowerPC的cache组织96

4.6　关键词、思考题和习题97

4.5　推荐的参考文献97

附录4A　两级存储器的性能特点101

4A.1　局部性101

4A.2　两级存储器的操作104

4A.3　性能104

第5章　内部存储器108

5.1 半导体主存储器108

5.1.1　组织108

5.1.2　DRAM和SRAM108

5.1.3 ROM类型111

5.1.4　芯片逻辑112

5.1.5　芯片封装113

5.1.6　模块组织114

5.2　纠错116

5.3 高级DRAM组织121

5.3.1 同步DRAM121

5.3.2　rambus DRAM123

5.3.3 带cache的DRAM125

5.4　推荐的参考文献和Web站点125

5.5　关键词、思考题和习题125

第6章　外部存储器128

6.1　磁盘128

6.1.1　磁读写机制128

6.1.2　数据组织和格式化129

6.1.3　物理特性131

6.1.4　磁盘性能参数133

6.2　RAID（磁盘冗余阵列）136

6.2.1 RAID 0级137

6.2.2 RAID 1级141

6.2.3 RAID 2级142

6.2.4 RAID 3级142

6.2.5 RAID 4级143

6.2.6 RAID 5级143

6.2.7 RAID 6级144

6.3　光存储器144

6.3.1　光盘144

6.3.2　数字视盘147

6.4　磁带148

6.6　关键词、思考题和习题150

6.5　推荐的参考文献和Web站点150

第7章　输入输出154

7.1　外部设备155

7.1.1　键盘／监视器156

7.1.2　磁盘驱动器157

7.2 I/O模块159

7.2.1　模块功能159

7.2.2 I/O模块结构161

7.3.1 概述162

7.3.2　I/O命令162

7.3　编程式I/O162

7.3.3 I/O指令163

7.4　中断驱动式I/O165

7.4.1 中断处理165

7.4.2　设计问题168

7.4.3　Intel 82C59A中断控制器169

7.4.4　Intel 82C55A可编程外部接口170

7.5　存储器直接存取（DMA）172

7.5.1　编程式I/O和中断驱动式I/O的不足172

7.5.2　DMA功能172

7.6 I/O通道和处理器174

7.6.1 I/O功能的演变174

7.7.1　接口的类型176

7.6.2 I/O通道的特性176

7.7　外部接口：FireWire和InfiniBand176

7.7.2　点对点和多点配置177

7.7.3　FireWire串行总线177

7.7.4　InfiniBand181

7.8　推荐的参考文献和Web站点184

7.9　关键词、思考题和习题184

第8章　操作系统支持188

8.1　操作系统概述188

8.1.1　操作系统的目标和功能188

8.1.2　操作系统的类型190

8.2　调度197

8.2.3　短调度198

8.2.1 长调度198

8.2.2 中调度198

8.3　存储管理202

8.3.1　交换202

8.3.2　分区203

8.3.3　分页205

8.3.4　虚拟存储器207

8.3.5　转换后援缓冲器209

8.3.6　分段211

8.4　Pentium Ⅱ与PowerPC存储管理212

8.4.1 PentiumⅡ的存储管理硬件212

8.4.2 PowerPC存储管理硬件216

8.5 推荐的参考文献和Web站点219

8.6 关键词、思考题和习题220

第三部分 中央处理器227

第9章　计算机算术227

9.1　算术逻辑单元227

9.2　整数表示228

9.2.1　符号-幅值表示法228

9.2.2　2的补码表示法229

9.2.3　不同位长间的转换231

9.3　整数算术233

9.3.1　取负233

9.2.4　定点表示法233

9.3.2　加法和减法234

9.3.3　乘法236

9.3.4　除法243

9.4　浮点表示245

9.4.1　原理245

9.4.2　二进制浮点表示的IEEE标准248

9.5　浮点算术250

9.5.1　浮点加法和减法251

9.5.2　浮点乘法和除法254

9.5.3　浮点运算的精度问题255

9.5.4　二进制浮点算术的IEEE标准256

9.6　推荐的参考文献和Web站点258

9.7　关键词、思考题和习题259

第10章　指令集：特征和功能263

10.1　机器指令特征263

10.1.1　机器指令要素263

10.1.2　指令表示264

10.1.3　指令类型265

10.1.4　地址数目266

10.1.5　指令集设计268

10.2　操作数类型268

10.2.1　数值269

10.2.2　字符269

10.3.1 Pentium数据类型270

10.2.3　逻辑数据270

10.3　Pentium和PowerPC数据类型270

10.3.2 PowerPC数据类型271

10.4　操作类型272

10.4.1　数据传送类274

10.4.2　算术运算类276

10.4.3　逻辑运算类276

10.4.4　转换类278

10.4.5　输入输出类279

10.4.6　系统控制类279

10.4.7　控制传递类279

10.5.1　Pentium操作类型284

10.5　Pentium和PowerPC操作类型284

10.5.2　PowerPC操作类型291

10.6　汇编语言292

10.7　推荐的参考文献294

10.8　关键词、思考题和习题294

附录10A　堆栈299

10A.1　堆栈实现300

10A.2　表示式求值301

附录10B　小数在先和大数在先以及位序303

10B.1　字节排序303

10B.2　位排序306

11.1 寻址方式308

第11章　指令集：寻址方式和指令格式308

11.1.1　立即寻址310

11.1.2　直接寻址310

11.1.3　间接寻址310

11.1.4　寄存器寻址311

11.1.5　寄存器间接寻址311

11.1.6　偏移寻址312

11.1.7　堆栈寻址313

11.2　Pentium和PowerPC寻址方式314

11.2.1 Pentium寻址方式314

11.2.2 PowerPC寻址方式316

11.3.1　指令长度318

11.3　指令格式318

11.3.2　位的分配319

11.3.3　变长指令322

11.4　Pentium和PowerPC指令格式325

11.4.1　Pentium指令格式325

11.4.2　PowerPC指令格式327

11.5　推荐的参考文献328

11.6　关键词、思考题和习题329

第12章　CPU结构和功能332

12.1　处理器组织332

12.2　寄存器组织334

12.2.1　用户可见寄存器334

12.2.2　控制和状态寄存器335

12.2.3　微处理器寄存器组织的例子336

12.3　指令周期338

12.3.1　间址周期339

12.3.2　数据流339

12.4　指令流水341

12.4.1　流水线策略341

12.4.2　流水线的性能345

12.4.3　转移处理347

12.4.4　Intel 80486的流水线353

12.5　Pentium处理器354

12.5.1　寄存器组织354

12.5.3 中断处理358

12.5.2　MMX寄存器358

12.6　PowerPC处理器361

12.6.1　寄存器组织361

12.6.2　中断处理364

12.7　推荐的参考文献367

12.8　关键词、思考题和习题367

第13章　精简指令集计算机370

13.1　指令执行特征371

13.1.1　操作372

13.1.2　操作数373

13.1.3　过程调用373

13.2　大寄存器组方案的使用374

13.1.4　结论374

13.2.1　寄存器窗口375

13.2.2　全局变量377

13.2.3　大寄存器组与cache的对比377

13.3　基于编译器的寄存器优化379

13.4　精简指令集体系结构380

1 3.4.1　CISC的理由380

13.4.2　精简指令集体系结构特征382

13.4.3　CISC与RISC特征对比384

13.5　RISC流水线技术386

13.5.1　规整指令的流水线技术386

13.5.2　流水线的优化387

13.6.1　指令集389

13.6　MIPS R4000389

13.6.2　指令流水线392

13.7　SPARC395

13.7.1　SPARC寄存器组395

13.7.2　指令集397

13.7.3　指令格式399

13.8　RISC与CISC的争论400

13.9　推荐的参考文献401

13.10　关键词、思考题和习题401

第14章　指令级并行性和超标量处理器405

14.1　概述405

14.1.1　超标量与超级流水线406

14.1.2　限制407

14.2　设计考虑410

14.2.1　指令级并行性和机器并行性410

14.2.2　指令发射策略410

14.2.3　寄存器重命名413

14.2.4　机器并行性414

14.2.5　转移预测415

14.2.6　超标量执行416

14.2.7　超标量实现416

14.3　Pentium 4417

14.3.1　由前端到跟踪cache418

14.3.2　无序执行逻辑423

14.4　PowerPC424

14.4.1　PowerPC 601424

14.3.3　整数和浮点执行单元424

14.4.2　转移处理428

14.4.3　PowerPC 620428

14.5　推荐的参考文献430

14.6　关键词、思考题和习题431

第15章　IA-64体系结构435

15.1　推动因素435

15.2　通常组织437

15.3.1　指令格式438

15.3　判定、推测和软件流水438

15.3.2　汇编语言格式440

15.3.3　判定执行441

15.3.4　控制推测445

15.3.5　数据推测449

15.3.6　软件流水450

15.4　IA-64指令级体系结构453

15.4.1　寄存器堆栈455

15.4.2　当前栈帧标示器和先前功能状态寄存器456

15.5　Itanium处理器组织457

15.6　推荐的参考文献和Web站点458

15.7　关键词、思考题和习题459

第四部分　控制器464

第16章　控制器操作464

16.1　微操作465

16.1.1　指令周期的子周期465

16.1.2　指令周期469

16.2 CPU控制470

16.2.1 功能需求470

16.2.2　控制信号471

16.2.3　控制信号举例472

16.2.4　CPU内部组织474

16.2.5 Intel 8085475

16.3　硬连线实现479

16.3.1　控制器输入479

16.3.2　控制器逻辑480

16.4　推荐的参考文献481

16.5　关键词、思考题和习题481

第17章　微程序式控制483

17.1 基本概念483

17.1.1　微指令483

17.1.2　微程序式控制器485

17.1.3　Wilkes控制487

17.2.1　设计考虑491

17.2.2　排序技术491

17.2　微指令排序491

17.1.4　优缺点491

17.2.3　地址生成494

17.2.4　LSI-11微指令排序494

17.3　微指令执行495

17.3.1　微指令分类法496

17.3.2　微指令编码498

17.3.3　LSI-11微指令执行499

17.3.4　IBM 3033微指令执行504

17.4　TI 8800505

17.4.1　微指令格式505

17.4.2　微顺序器508

17.4.3　带寄存器的ALU511

17.5　微程序应用514

17.6　推荐的参考文献515

17.7　关键词、思考题和习题515

第五部分　并行处理的组织518

第18章　并行处理518

18.1　多处理机组织519

18.1.1　并行处理机系统类型519

18.1.2　并行组织520

18.2　对称多处理机521

18.2.1　组织521

18.2.2　多处理机操作系统设计考虑525

18.2.3　大型机SMP526

18.3　cache一致性和MESI协议528

18.3.1　软件解决方案529

18.3.2　硬件解决方案529

18.3.3　MESI协议531

18.4　机群系统534

18.4.1　机群系统配置534

18.4.2　操作系统设计问题536

18.4.3　机群计算机体系结构537

18.4.4　机群系统与SMP的对比539

18.5　非均匀存储器存取539

18.5.1　推动因素540

18.5.2　组织540

18.6　向量计算542

18.5.3　NUMA的赞成票和反对票542

18.6.1　向量计算方法543

18.6.2　IBM 3090向量设备547

18.7　推荐的参考文献553

18.8　关键词、思考题和习题554

附录A 计算机组织与体系结构课题559

A.1　研究性课题559

A.2　仿真性课题559

A.2.1　Simple Scalar560

A.2.2 SMP Cache560

A.3　阅读／报告类题目560

参考文献561