- 电子工业出版社
- 9787121325397
- 1-1
- 294974
- 16开
- 2017年9月
- 248
- 大学计算机公共课程
- 研究生、本科
内容简介
计算机组成与结构是计算机相关专业的重要专业核心课程。本书融合了计算机科学与技术专业的三门核心硬件课程（数字逻辑、计算机组成原理和计算机系统结构）的重要知识点，以数字电路基础、处理器的基本电路模块构成、指令的数据通路和控制逻辑作为本书的讲述主线，全面介绍计算机系统的基本原理、设计方法和实现。全书分为9章，内容包括：计算机系统概述，计算机的数值和编码，计算机芯片的数字电路基础，计算机芯片的基本电路组成，现代处理器基础，现代处理器的高级实现技术，存储系统，I/O系统，多核、多处理器与集群。
目录
第1章 计算机系统概述 1
1.1 引言 1
1.2 现代计算机 5
1.2.1 计算机的分类 5
1.2.2 计算机的组成 6
1.3 计算机的性能 8
1.3.1 什么是性能 9
1.3.2 性能的计算 9
1.3.3 性能的测量 12
1.3.4 性能的改进 13
1.4 课后知识简述 16
1.5 本章小结 17
习题1 17
第2章 计算机的数值和编码 19
2.1 进位计数制 19
2.1.1 二进制和十六进制 19
2.1.2 不同进制间的转换 20
2.2 二进制数的表示和运算 22
2.2.1 二进制数的基本加减法运算 22
2.2.2 二进制数的补码表示法 23
2.2.3 二进制数的加减运算 25
2.2.4 二进制数的乘除法运算 27
2.2.5 二进制数的逻辑运算 28
2.3 浮点数的表示和运算 31
2.3.1 浮点数的表示 31
2.3.2 浮点数的运算 33
2.4 字符的表示 34
2.5 课后知识简述 36
2.6 本章小结 38
习题2 38
第3章 计算机芯片的数字电路基础 39
3.1 逻辑信号与门电路 39
3.2 逻辑代数 42
3.2.1 基本公式 43
3.2.2 基本定理 44
1.2.3 逻辑函数 45
3.2.4 组合电路分析实例 50
3.3 逻辑系列 50
3.3.1 CMOS逻辑 51
3.3.2 TTL逻辑 61
3.4 门电路的代码实现 65
3.5 本章小结 65
习题3 66
第4章 计算机芯片的基本电路组成 67
4.1 组合逻辑电路 67
4.1.1 多路选择器 68
4.1.2 译码器 70
4.1.3 编码器 71
4.1.4 加法器 73
4.1.5 减法器 77
4.1.6 移位器 77
4.1.7 其他组合逻辑电路 79
4.2 时序逻辑电路 80
4.2.1 锁存器和触发器 81
4.2.2 时钟同步时序电路分析 87
4.2.3 通用寄存器的设计和实现 89
4.3 本章小结 89
习题4 90
第5章 现代处理器基础 91
5.1 指令集概述 91
5.1.1 机器指令 92
5.1.2 寄存器 92
5.1.3 寻址方式 94
5.2 MIPS指令集结构 97
5.2.1 MIPS指令格式 97
5.2.2 MIPS地址空间分配 101
5.2.3 对软件的支持 101
5.3 MIPS风格的单周期处理器的设计实现 104
5.3.1 数据通路的基本构成 105
5.3.2 数据通路的设计 110
5.3.3 指令的数据通路分析 116
5.3.4 控制部件设计 121
5.3.5 CPU封装 123
5.3.6 单周期方式的性能分析 124
5.4 异常和中断设计 126
5.4.1 异常和中断的定义与类型 126
5.4.2 响应异常和中断的方式 127
5.4.3 异常和中断管理 129
5.4.4 带有异常和中断处理功能的单周期模型机扩展 131
5.5 课后知识 136
5.6 本章小结 137
习题5 137
第6章 现代处理器的高级实现技术 139
6.1 流水线的基本概念 139
6.2 流水线模型机的基本扩展 141
6.2.1 基本的流水线模型机 141
6.2.2 流水线的分析 149
6.2.3 基本流水线的实现 152
6.3 数据冒险的解决策略 154
6.3.1 寄存器堆的写操作提前半个时钟周期 154
6.3.2 内部前推 155
6.3.3 lw指令的数据冒险 159
6.4 控制冒险的解决策略 161
6.4.1 缩短分支的延迟 161
6.4.2 减少性能损失的其他方法 163
6.5 流水线中的异常和中断 164
6.6 指令集并行的高级实现技术 166
6.6.1 静态多发射处理器 167
6.6.2 动态多发射处理器 169
6.6.3 浮点数流水线的扩展 171
6.7 本章小结 172
习题6 172
第7章 存储系统 175
7.1 引言 175
7.2 Cache 178
7.2.1 Cache的块映射 179
7.2.2 Cache的块查找 180
7.2.3 Cache块的访问 181
7.2.4 Cache的性能分析 183
7.2.5 Cache的实现原理 184
7.3 主存储器 185
7.3.1 主存的结构 185
7.3.2 主存性能指标 187
7.4 虚拟存储器 189
7.4.1 分页机制 189
7.4.2 与Cache的关系 193
7.4.3 对进程的保护 195
7.5 外存储器 196
7.5.1 磁盘存储器 196
7.5.2 快闪式存储器 199
7.6 课后阅读材料 200
7.7 本章小结 201
习题7 201
第8章 I/O系统 203
8.1 I/O设备 203
8.1.1 概述 203
8.1.2 属性指标 204
8.2 I/O互连与总线 206
8.2.1 I/O互连方式 206
8.2.2 总线的分类 208
8.2.3 总线的仲裁 210
8.3 I/O访问 211
8.3.1 I/O接口功能 212
8.3.2 I/O接口控制方式 213
8.4 本章小结 217
习题8 217
第9章 多核、多处理器与集群 219
9.1 概述 219
9.1.1 并行硬件的基本分类 219
9.1.2 常见的并行技术 221
9.1.3 多处理器网络拓扑 223
9.1.3 Cache一致性问题 224
9.2 多核微处理器 225
9.2.1 多核架构 225
9.2.2 多核实例 226
9.3 云计算平台 230
9.3.1 云计算概念 230
9.3.2 云计算服务及部署类型 231
9.3.3 云计算的实现 232
9.4 本章小结 234
习题9 234
参考文献 236
1.1 引言 1
1.2 现代计算机 5
1.2.1 计算机的分类 5
1.2.2 计算机的组成 6
1.3 计算机的性能 8
1.3.1 什么是性能 9
1.3.2 性能的计算 9
1.3.3 性能的测量 12
1.3.4 性能的改进 13
1.4 课后知识简述 16
1.5 本章小结 17
习题1 17
第2章 计算机的数值和编码 19
2.1 进位计数制 19
2.1.1 二进制和十六进制 19
2.1.2 不同进制间的转换 20
2.2 二进制数的表示和运算 22
2.2.1 二进制数的基本加减法运算 22
2.2.2 二进制数的补码表示法 23
2.2.3 二进制数的加减运算 25
2.2.4 二进制数的乘除法运算 27
2.2.5 二进制数的逻辑运算 28
2.3 浮点数的表示和运算 31
2.3.1 浮点数的表示 31
2.3.2 浮点数的运算 33
2.4 字符的表示 34
2.5 课后知识简述 36
2.6 本章小结 38
习题2 38
第3章 计算机芯片的数字电路基础 39
3.1 逻辑信号与门电路 39
3.2 逻辑代数 42
3.2.1 基本公式 43
3.2.2 基本定理 44
1.2.3 逻辑函数 45
3.2.4 组合电路分析实例 50
3.3 逻辑系列 50
3.3.1 CMOS逻辑 51
3.3.2 TTL逻辑 61
3.4 门电路的代码实现 65
3.5 本章小结 65
习题3 66
第4章 计算机芯片的基本电路组成 67
4.1 组合逻辑电路 67
4.1.1 多路选择器 68
4.1.2 译码器 70
4.1.3 编码器 71
4.1.4 加法器 73
4.1.5 减法器 77
4.1.6 移位器 77
4.1.7 其他组合逻辑电路 79
4.2 时序逻辑电路 80
4.2.1 锁存器和触发器 81
4.2.2 时钟同步时序电路分析 87
4.2.3 通用寄存器的设计和实现 89
4.3 本章小结 89
习题4 90
第5章 现代处理器基础 91
5.1 指令集概述 91
5.1.1 机器指令 92
5.1.2 寄存器 92
5.1.3 寻址方式 94
5.2 MIPS指令集结构 97
5.2.1 MIPS指令格式 97
5.2.2 MIPS地址空间分配 101
5.2.3 对软件的支持 101
5.3 MIPS风格的单周期处理器的设计实现 104
5.3.1 数据通路的基本构成 105
5.3.2 数据通路的设计 110
5.3.3 指令的数据通路分析 116
5.3.4 控制部件设计 121
5.3.5 CPU封装 123
5.3.6 单周期方式的性能分析 124
5.4 异常和中断设计 126
5.4.1 异常和中断的定义与类型 126
5.4.2 响应异常和中断的方式 127
5.4.3 异常和中断管理 129
5.4.4 带有异常和中断处理功能的单周期模型机扩展 131
5.5 课后知识 136
5.6 本章小结 137
习题5 137
第6章 现代处理器的高级实现技术 139
6.1 流水线的基本概念 139
6.2 流水线模型机的基本扩展 141
6.2.1 基本的流水线模型机 141
6.2.2 流水线的分析 149
6.2.3 基本流水线的实现 152
6.3 数据冒险的解决策略 154
6.3.1 寄存器堆的写操作提前半个时钟周期 154
6.3.2 内部前推 155
6.3.3 lw指令的数据冒险 159
6.4 控制冒险的解决策略 161
6.4.1 缩短分支的延迟 161
6.4.2 减少性能损失的其他方法 163
6.5 流水线中的异常和中断 164
6.6 指令集并行的高级实现技术 166
6.6.1 静态多发射处理器 167
6.6.2 动态多发射处理器 169
6.6.3 浮点数流水线的扩展 171
6.7 本章小结 172
习题6 172
第7章 存储系统 175
7.1 引言 175
7.2 Cache 178
7.2.1 Cache的块映射 179
7.2.2 Cache的块查找 180
7.2.3 Cache块的访问 181
7.2.4 Cache的性能分析 183
7.2.5 Cache的实现原理 184
7.3 主存储器 185
7.3.1 主存的结构 185
7.3.2 主存性能指标 187
7.4 虚拟存储器 189
7.4.1 分页机制 189
7.4.2 与Cache的关系 193
7.4.3 对进程的保护 195
7.5 外存储器 196
7.5.1 磁盘存储器 196
7.5.2 快闪式存储器 199
7.6 课后阅读材料 200
7.7 本章小结 201
习题7 201
第8章 I/O系统 203
8.1 I/O设备 203
8.1.1 概述 203
8.1.2 属性指标 204
8.2 I/O互连与总线 206
8.2.1 I/O互连方式 206
8.2.2 总线的分类 208
8.2.3 总线的仲裁 210
8.3 I/O访问 211
8.3.1 I/O接口功能 212
8.3.2 I/O接口控制方式 213
8.4 本章小结 217
习题8 217
第9章 多核、多处理器与集群 219
9.1 概述 219
9.1.1 并行硬件的基本分类 219
9.1.2 常见的并行技术 221
9.1.3 多处理器网络拓扑 223
9.1.3 Cache一致性问题 224
9.2 多核微处理器 225
9.2.1 多核架构 225
9.2.2 多核实例 226
9.3 云计算平台 230
9.3.1 云计算概念 230
9.3.2 云计算服务及部署类型 231
9.3.3 云计算的实现 232
9.4 本章小结 234
习题9 234
参考文献 236
