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第1章 计算机系统概述1

1.1 计算机的发展历程1

1.1.1 电子管计算机时代（1946—1959）1

1.1.2 晶体管计算机时代（1959—1964）2

1.1.3 中小规模集成电路计算机时代（1964—1970）2

1.1.4 大规模、超大规模集成电路计算机时代（1970至今）2

1.2 计算机系统的层次结构3

1.2.1 计算机硬件的基本组成4

1.2.2 计算机软件的分类5

1.2.3 计算机的工作过程5

1.3 计算机的性能指标5

1.3.1 机器字长5

1.3.2 运算速度5

1.3.3 吞吐量和响应时间6

1.4 计算机的分类和应用领域7

1.4.1 计算机的分类7

1.4.2 计算机的应用领域9

本章小结11

习题11

第2章 数据的表示和运算12

2.1 数制与编码12

2.1.1 进位记数制及其相互转换12

2.1.2 真值和机器数15

2.1.3 BCD码15

2.1.4 字符与字符串17

2.1.5 校验码20

2.2 定点数的表示和运算27

2.2.1 定点数的表示27

2.2.2 定点数的运算30

2.3 浮点数的表示和运算43

2.3.1 浮点数的表示43

2.3.2 浮点数的加／减运算46

2.3.3 浮点数的乘／除运算48

2.4 算术逻辑单元ALU49

2.4.1 串行加法器和并行加法器49

2.4.2 算术逻辑单元ALU的功能和机构53

本章小结56

习题56

第3章 存储器层次结构58

3.1 存储器的分类58

3.1.1 按存储器在计算机系统中的作用分类58

3.1.2 按存取方式分类58

3.1.3 按存储介质分类59

3.1.4 按信息的可保存性分类60

3.2 存储器的层次化结构60

3.3 半导体随机存储器61

3.3.1 SRAM61

3.3.2 DRAM65

3.4 非易失性存储器72

3.5 主存储器与CPU的连接73

3.5.1 存储容量的扩展74

3.5.2 主存储器与CPU的连接76

3.6 双端口RAM和多体交叉存储器77

3.6.1 双端口RAM77

3.6.2 多体交叉存储器79

3.7 高速缓冲存储器80

3.7.1 程序访问的局部性81

3.7.2 Cache的基本工作原理81

3.7.3 Cache和主存之间的映射方式82

3.7.4 Cache中主存块的替换算法86

3.7.5 Cache写策略86

3.8 虚拟存储器87

3.8.1 虚拟存储器的基本概念87

3.8.2 主存-辅存层次与Cache-主存层次的比较88

3.8.3 主存-辅存层次信息传送单位和存储管理88

本章小结90

习题91

第4章 指令系统93

4.1 指令格式93

4.1.1 指令的基本格式93

4.1.2 定长操作码指令格式95

4.1.3 扩展操作码指令格式96

4.1.4 Pentium指令格式97

4.2 指令的寻址方式98

4.2.1 有效地址98

4.2.2 数据寻址和指令寻址98

4.2.3 常见寻址方式99

4.3 指令系统设计举例102

4.4 CISC和RISC的基本概念104

4.4.1 CISC104

4.4.2 RISC105

4.4.3 扩展指令集107

本章小结108

习题108

第5章 中央处理器（CPU）111

5.1 CPU的功能和基本结构111

5.1.1 CPU的功能111

5.1.2 CPU的基本结构112

5.2 数据通路的功能和基本结构112

5.2.1 数据通路的功能112

5.2.2 数据通路的基本结构113

5.3 指令执行过程114

5.3.1 时序系统114

5.3.2 指令的执行过程116

5.3.3 指令执行过程举例116

5.4 控制器的功能和工作原理121

5.4.1 硬布线控制器122

5.4.2 微程序控制器128

5.5 指令流水线143

5.5.1 指令流水线的基本概念143

5.5.2 超标量和超流水线的基本概念147

本章小结147

习题148

第6章 总线150

6.1 总线概述150

6.1.1 总线的基本概念150

6.1.2 总线的分类150

6.1.3 总线标准及性能指标155

6.2 总线仲裁157

6.2.1 集中式仲裁方式157

6.2.2 分布式仲裁方式159

6.3 总线操作和定时159

6.3.1 总线操作159

6.3.2 总线定时160

6.4 常见总线161

6.4.1 内部总线161

6.4.2 外部总线166

本章小结171

习题171

第7章 输入输出（I/O）系统172

7.1 I/O系统基本概念172

7.2 外部设备173

7.2.1 输入设备173

7.2.2 输出设备175

7.2.3 外存储器180

7.3 I/O接口（I/O控制器）187

7.3.1 I/O接口的功能和基本结构188

7.3.2 I/O端口及其编址189

7.4 I/O方式194

7.4.1 程序直接控制方式194

7.4.2 程序中断方式197

7.4.3 DMA方式202

7.4.4 通道控制方式和外围处理机方式204

本章小结208

习题209

第8章 流水线处理技术212

8.1 流水线的基本概念212

8.2 流水线的性能分析和实现原理217

8.3 指令级并行技术简介231

本章小结234

习题235

第9章 并行计算机体系结构237

9.1 并行计算机系统结构概述237

9.2 并行计算机系统的设计问题242

9.2.1 并行计算机系统的互连网络242

9.2.2 并行计算机系统的性能问题251

9.2.3 并行计算机系统的软件问题252

9.3 SIMD计算机简介253

9.4 MIMD多处理机简介254

9.5 MIMD多计算机简介259

本章小结262

习题263

参考文献264