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第1章 计算机系统概论1

1.1 计算机的发展历程1

1.2 计算机的硬件4

1.2.1 计算机硬件的组成4

1.2.2 计算机的工作过程7

1.3 计算机的软件8

1.3.1 计算机系统软件8

1.3.2 计算机应用软件11

1.4 计算机系统的层次结构11

1.4.1 从硬件角度划分计算机系统11

1.4.2 从软件角度划分计算机系统12

1.5 计算机的性能指标12

1.5.1 吞吐量和响应时间13

1.5.2 CPU时钟周期和主频13

1.5.3 每条指令平均时钟周期数CPI和CPU执行时间13

1.5.4 MIPS和MFLOPS13

1.5.5 性能评测14

本章小结16

习题16

第2章 运算方法和运算部件17

2.1 运算器部件17

2.1.1 加法器17

2.1.2 串行加法器与并行加法器18

2.1.3 算术逻辑单元20

2.2 定点数加减运算21

2.2.1 定点数的表示方法21

2.2.2 补码加减法22

2.2.3 溢出及判别方法24

2.3 二进制乘法运算25

2.3.1 原码一位乘法25

2.3.2 补码一位乘法28

2.3.3 补码二位乘法30

2.4 二进制除法运算31

2.4.1 原码一位除法31

2.4.2 补码一位除法35

2.5 浮点数的运算方法36

2.5.1 浮点数的表示方法36

2.5.2 浮点加减法运算37

2.5.3 浮点乘除法运算38

本章小结40

习题40

第3章 指令系统42

3.1 指令系统概述42

3.1.1 指令系统的发展42

3.1.2 完善的指令系统应达到的要求43

3.2 指令格式概述44

3.2.1 指令格式44

3.2.2 指令操作码的扩展技术45

3.2.3 指令长度与字长的关系47

3.3 数据表示48

3.4 寻址方式48

3.4.1 隐含寻址49

3.4.2 立即数寻址方式49

3.4.3 直接寻址方式49

3.4.4 寄存器寻址方式49

3.4.5 间接寻址方式50

3.4.6 变址寻址方式51

3.4.7 相对寻址方式51

3.4.8 基址寻址51

3.5 指令的分类52

3.5.1 数据传送指令52

3.5.2 算术逻辑运算指令52

3.5.3 移位指令53

3.5.4 字符串处理指令53

3.5.5 转移类指令53

3.5.6 堆栈及堆栈操作指令54

3.5.7 输入／输出（I/O）指令55

3.5.8 浮点运算指令56

3.5.9 向量与多处理机指令56

3.5.10 控制指令56

3.6 精简指令系统计算机56

3.6.1 CISC与RISC56

3.6.2 RISC的特点57

3.7 汇编语言编程基础59

3.7.1 汇编语言语句行的构成59

3.7.2 汇编语言源程序的结构61

3.7.3 汇编语言程序设计的方法62

本章小结63

习题63

第4章 控制器部件65

4.1 计算机中的控制器65

4.1.1 控制器的功能65

4.1.2 控制器的组成66

4.2 硬布线控制的计算机67

4.2.1 组合逻辑控制信号的产生67

4.2.2 操作控制信号产生的一般方法68

4.2.3 硬布线控制逻辑设计过程69

4.3 微程序控制计算机70

4.3.1 微程序控制的基本概念70

4.3.2 实现微程序控制的基本原理71

4.3.3 微程序设计技术72

4.3.4 硬布线控制与微程序控制的比较76

4.4 Pentium微处理器76

4.5 控制器的控制方式79

本章小结80

习题80

第5章 存储系统83

5.1 存储器与存储系统概述83

5.1.1 存储器分类83

5.1.2 存储系统的层次结构84

5.2 主存储器85

5.2.1 主存储器的主要技术指标85

5.2.2 读／写存储器86

5.2.3 非易失性半导体存储器88

5.2.4 半导体存储器的组成与控制89

5.3 并行存储器91

5.3.1 单体多字并行存储器91

5.3.2 多体交叉存储器92

5.4 高速缓冲存储器93

5.4.1 cache工作原理93

5.4.2 cache的一致性问题95

5.4.3 cache组织96

5.5 虚拟存储器100

5.5.1 虚拟存储器概述100

5.5.2 段式虚拟存储器100

5.5.3 页式虚拟存储器100

5.5.4 段页式虚拟存储器102

5.6 存储保护103

本章小结104

习题105

第6章 输入／输出（I/O）设备106

6.1 外部设备概述106

6.2 常用输入设备107

6.2.1 键盘107

6.2.2 图形板107

6.2.3 鼠标107

6.2.4 触摸屏108

6.2.5 图像输入设备（摄像机和数码照相机）108

6.2.6 手写输入108

6.3 显示器设备108

6.3.1 显示设备种类108

6.3.2 显示技术中的有关术语110

6.4 打印设备111

6.4.1 点阵针式打印机111

6.4.2 激光打印机112

6.4.3 喷墨打印机113

6.4.4 热转印打字机113

6.4.5 打印机的发展趋势114

6.5 辅助存储器114

6.5.1 磁表面存储器技术指标115

6.5.2 磁记录原理与记录方式116

6.5.3 硬磁盘存储器121

6.5.4 光盘存储器124

本章小结127

习题127

第7章 输入／输出（I/O）系统129

7.1 输入／输出（I/O）系统概述129

7.1.1 输入／输出设备的编址129

7.1.2 I/O接口基本功能130

7.2 程序直接控制输入／输出方式130

7.3 程序中断输入／输出方式131

7.3.1 有关中断的一些概念131

7.3.2 中断处理133

7.4 DMA输入／输出方式137

7.4.1 DMA3种工作方式137

7.4.2 DMA控制器组成137

7.4.3 DMA的数据传送过程138

7.5 通道控制方式和外围处理机138

7.5.1 I/O通道的种类139

7.5.2 通道型I/O处理机（IOP）和外围处理机140

7.6 总线结构141

7.6.1 总线的分类141

7.6.2 总线的结构142

7.6.3 总线组成143

7.6.4 总线标准146

7.6.5 外设接口148

本章小结151

习题151

第8章 流水线技术152

8.1 流水线的基本概念152

8.1.1 流水线基本工作原理153

8.1.2 流水线的性能指标154

8.2 流水线冲突157

8.2.1 数据冲突157

8.2.2 结构冲突157

8.2.3 控制冲突158

8.3 流水线技术简介158

8.3.1 指令级并行技术159

8.3.2 超标量流水线技术160

8.3.3 超级流水线技术161

8.3.4 VLIW流水线技术161

8.3.5 EPIC技术163

8.3.6 循环级并行技术163

本章小结164

习题164

第9章 多核技术165

9.1 多核技术的基本概念165

9.2 多核处理器的架构166

9.2.1 PWRficient处理器的架构166

9.2.2 Sun公司的UltraSPARC T1167

9.2.3 IBM Cell的架构169

9.2.4 Many Core X86处理器架构169

9.2.5 HyperTransport协处理器系统架构171

9.3 对多核处理器的支持174

9.3.1 固件174

9.3.2 EFI对多核处理器的支持174

9.3.3 操作系统对多核处理器的支持175

9.4 并发多线程技术176

9.4.1 进程176

9.4.2 线程177

9.4.3 并发多线程技术177

本章小结180

习题180

第10章 并行计算机体系结构181

10.1 SIMD计算机和MIMD计算机181

10.1.1 计算机体系结构分类181

10.1.2 SIMD并行处理机系统（阵列处理机系统）182

10.1.3 多处理机系统（MIMD计算机）183

10.2 互连网络186

10.2.1 互连网络的基本概念186

10.2.2 静态网络187

10.2.3 动态网络187

10.2.4 网络的互连函数187

10.3 并行计算机访存模型与并行计算模型191

10.3.1 并行计算机访存模型191

10.3.2 并行计算模型191

10.3.3 存储一致性模型193

本章小结196

习题196

参考文献198