計算機組織與結構

目錄

第1章計算機系統概論1

1.1計算機發展簡史1

1.1.1計算機的定義和特性1

1.1.2計算機的發展2

1.2計算機體系結構3

1.3計算機的分類與應用6

1.3.1計算機的分類6

1.3.2計算機的應用6

1.4計算機系統的特點和性能

指標7

1.4.1計算機系統的特點7

1.4.2計算機系統的主要性能

指標8

習題11

第2章邏輯代數13

2.1數制與編碼13

2.1.1進位計數制13

2.1.2數制的轉換15

2.1.3二進制符號數的表示

方法18

2.1.4編碼19

2.2邏輯代數的基本運算22

2.2.1與(AND)運算22

2.2.2或(OR)運算23

2.2.3非(NOT)運算23

2.3邏輯函數間的相等24

2.3.1邏輯函數的定義24

2.3.2邏輯函數的表示

方法24

2.3.3邏輯函數的相等26

2.4邏輯代數的公理、基本定律

和規則27

2.4.1公理27

2.4.2基本定律27

2.4.3三個重要規則28

2.4.4復合邏輯28

2.5邏輯函數的標準形式31

2.5.1最小項和最大項31

2.5.2邏輯函數的兩種標準

形式32

2.6邏輯函數化簡34

2.6.1代數化簡法34

2.6.2卡諾圖化簡法35

習題38

第3章組合邏輯電路40

3.1組合邏輯電路概述40

3.1.1基本概念40

3.1.2邏輯表示方法40

3.2常用中規模集成電路40

3.2.1編碼器40

3.2.2譯碼器41

3.2.3數據選擇器42

3.2.4加法器42

3.3常用中規模集成電路的

應用42

3.4組合邏輯電路中的競爭冒險

現象43

3.4.1競爭冒險的概念43

3.4.2競爭冒險的判斷

方法43

3.4.3消除競爭冒險的

方法43

習題43

第4章時序邏輯電路46

4.1基本雙穩態電路46

4.2觸發器46

4.2.1觸發器的特點和

分類46

4.2.2觸發器的電路結構

和工作原理47

4.2.3觸發器的邏輯功能50

4.3時序邏輯電路的分析與

設計55

4.3.1時序邏輯電路的

基本概念55

4.3.2同步時序邏輯電路

的分析59

4.3.3同步時序邏輯電路

的設計64

4.4典型時序邏輯電路70

4.4.1寄存器和移位

寄存器71

4.4.2計數器75

習題80

第5章運算方法和運算器82

5.1移位運算82

5.1.1移位運算的基

本概念82

5.1.2算術移位82

5.1.3邏輯移位83

5.1.4循環移位84

5.1.5移位運算的硬件

實現85

5.2定點數的加法、減法運算85

5.3定點數的乘法、除法運算87

5.3.1原碼一位乘法88

5.3.2補碼一位乘法89

5.3.3陣列乘法器92

5.3.4原碼一位除法94

5.4定點運算器的構成96

5.4.1算術邏輯單元96

5.4.2寄存器組97

5.4.3運算器的基本結構98

5.5浮點運算99

習題101

第6章存儲系統103

6.1存儲器概述103

6.1.1存儲器分類103

6.1.2存儲器的主要

性能指標105

6.1.3存儲器分級結構105

6.2主存儲器106

6.2.1主存的基本組成106

6.2.2半導體存儲器108

6.2.3並行主存儲器112

6.2.4主存與CPU的

連接113

6.2.5主存容量的擴展114

6.2.6存儲芯片的地址分配

和片選116

6.3高速緩沖存儲器117

6.3.1Cache的結構及

原理117

6.3.2Cache的地址映射

與替換119

6.4輔助存儲器123

6.4.1磁盤存儲器123

6.4.2光盤存儲器128

6.4.3固態硬盤存儲器128

6.5虛擬存儲器129

6.5.1頁式虛擬存儲器130

6.5.2段式虛擬存儲器134

6.5.3段頁式虛擬存儲器134

6.5.4虛擬存儲器與Cache

比較136

習題136

第7章指令系統138

7.1指令系統概述及指令格式138

7.1.1指令系統的定義與

作用138

7.1.2指令系統的發展139

7.1.3CISC與RISC139

7.2指令格式設計140

7.2.1指令的基本信息140

7.2.2操作碼結構141

7.2.3地址結構143

7.3尋址方式及指令尋址146

7.3.1指令尋址146

7.3.2操作數尋址方式148

7.4MIPS指令154

7.4.1R型指令155

7.4.2I型指令156

7.4.3J型指令157

7.5MIPS體系結構159

7.5.1MIPS體系結構

發展159

7.5.2MIPS體系結構159

7.5.3MIPS體系結構

性能考量163

7.5.4MIPS與其他體系

結構比較164

習題165

第8章中央處理器167

8.1概述167

8.1.1CPU的基本組成167

8.1.2CPU的功能170

8.1.3時序控制方式170

8.1.4控制器分類171

8.2CPU模型172

8.2.1CPU設計步驟172

8.2.2模型機的指令系統173

8.2.3模型機的組成與

數據通路175

8.3組合邏輯控制方式176

8.3.1組合邏輯控制器

時序系統176

8.3.2指令流程與操作

時間表177

8.3.3微命令的綜合與

產生178

8.4微程序控制方式178

8.4.1微程序控制的

基本原理178

8.4.2微指令的編碼方式與

微地址的形成方式179

8.4.3模型機微指令格式180

8.4.4模型機微程序設計181

8.5典型CPU簡介182

8.5.1Intel 8086 CPU182

8.5.2Pentium微處理器184

習題188

第9章總線系統189

9.1總線的基本概念和分類189

9.1.1總線標準的特性189

9.1.2總線的結構189

9.1.3總線的性能指標190

9.1.4總線的特點191

9.1.5總線的分類191

9.2總線系統的工作原理192

9.2.1主設備/從設備192

9.2.2總線控制器193

9.2.3總線系統的工作

過程193

9.2.4總線接口194

9.2.5仲裁、定時和

數據傳送194

9.3總線結構199

9.3.1單總線結構199

9.3.2雙總線結構200

9.3.3多總線結構200

9.4總線實例202

9.4.1總線的標準化202

9.4.2PCI總線202

9.4.3ISA總線205

9.4.4EISA總線206

9.4.5VESA總線206

9.4.6SCSI總線207

9.4.7USB總線207

9.4.8IEEE 1394總線208

9.4.9EIARS232D

總線209

習題211

第10章輸入/輸出系統212

10.1輸入/輸出系統概述212

10.1.1輸入/輸出系統

的功能212

10.1.2輸入/輸出系統的

組成213

10.1.3輸入/輸出系統的工作

原理213

10.1.4輸入/輸出系統的

性能優化214

10.2I/O方式214

10.2.1主機與外設之間

的連接方式214

10.2.2I/O設備的編址

方式216

10.2.3數據傳送控制

方式216

10.3I/O接口217

10.4程序查詢方式218

10.5程序中斷方式219

10.5.1中斷方式基本

概念219

10.5.2中斷請求220

10.5.3中斷判優220

10.5.4中斷處理概述221

10.6DMA方式223

10.6.1DMA方式基本

概念223

10.6.2DMA控制器與

接口的連接224

10.6.3DMA傳送操作

過程224習題225

第11章計算機系統結構226

11.1計算機系統基本組成和

性能指標226

11.1.1計算機硬件系統226

11.1.2計算機軟件系統226

11.1.3計算機存儲層次

結構227

11.1.4計算機性能評價

指標229

11.2計算機系統設計原則與

發展歷程230

11.2.1計算機系統設計

原則230

11.2.2計算機系統發展

歷程231

11.2.3非馮·諾依曼型

計算機232

11.3並行計算與分布式計算232

11.3.1並行計算模型233

11.3.2分布式系統235

11.3.3雲計算與大數據

處理239

11.3.4可重構計算和量子

計算241

11.4計算機系統結構的高級

主題243

11.4.1低功耗設計243

11.4.2存儲與I/O

技術244

11.4.3安全性與可靠性245

習題246

參考文獻248