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第1章 绪论1

1.1计算机的发展史1

1.1.1发展历史1

1.1.2摩尔定律2

1.2计算机的基本组成4

1.2.1硬件系统4

1.2.2软件系统5

1.3计算机的层次概念6

1.3.1计算机系统的层次结构6

1.3.2计算机系统结构、组成与实现7

1.4计算机的分类及性能描述8

1.4.1计算机的分类8

1.4.2计算机系统性能描述11

习题17

第2章 计算机系统中的数据表示19

2.1数据编码19

2.1.1数值数据的编码19

2.1.2数据的浮点表示26

2.1.3 BCD码32

2.2非数值数据的编码34

2.2.1 ASCII码34

2.2.2汉字编码36

2.3检错与纠错码39

2.3.1奇偶校验码39

2.3.2海明码40

2.3.3循环冗余校验码43

习题46

第3章 运算方法与运算器49

3.1定点数运算49

3.1.1加减运算49

3.1.2乘法运算57

3.1.3除法运算68

3.2算术逻辑运算部件73

3.2.1单元电路73

3.2.2算术逻辑单元集成芯片75

3.2.3运算器的结构77

3.3浮点运算78

3.3.1加减运算78

3.3.2乘除运算81

3.3.3浮点运算的实现83

习题84

第4章 存储系统88

4.1存储系统概述88

4.1.1存储系统的层次结构88

4.1.2存储器的分类88

4.1.3存储器的性能指标89

4.2内部存储器（主存储器）90

4.2.1随机读写存储器RAM91

4.2.2只读存储器ROM104

4.2.3其他存储器109

4.3高速缓冲存储器112

4.3.1工作原理113

4.3.2地址映射113

4.3.3替换算法119

4.3.4主存与Cache内容的一致性问题120

4.3.5 Cache性能分析121

4.4虚拟存储器122

4.4.1虚拟存储器的概念123

4.4.2虚拟存储器的管理123

4.4.3几点说明127

4.5外部存储器（辅助存储器）128

4.5.1磁表面存储器128

4.5.2光存储器138

4.5.3移动存储设备140

习题141

第5章 指令系统147

5.1指令系统概述147

5.2指令系统结构层定义148

5.2.1存储模式149

5.2.2寄存器组织152

5.2.3数据类型154

5.2.4指令154

5.3指令设计156

5.3.1指令格式156

5.3.2地址码设计156

5.3.3操作码设计157

5.3.4指令长度设计161

5.4基本寻址方式162

5.5 CISC与RISC165

5.5.1指令系统结构的发展165

5.5.2 CISC166

5.5.3 RISC166

5.6典型指令系统169

5.6.1 Intel CPU指令系统169

5.6.2 MIPS指令系统174

习题176

第6章 中央处理器（CPU）179

6.1 CPU结构和微操作179

6.1.1 CPU的功能与结构179

6.1.2指令周期181

6.1.3微操作182

6.1.4控制器的组成188

6.2硬布线控制器设计189

6.3微程序控制器设计196

6.3.1微程序控制原理196

6.3.2微指令设计198

6.3.3微程序设计207

6.3.4微程序控制器设计211

6.4微程序控制器与硬布线控制器的比较213

6.5 CPU性能的测量与提高213

6.5.1 CPU性能测量213

6.5.2提高CPU速度的策略219

6.6 CPU中的新技术220

6.6.1多核技术220

6.6.2多线程技术222

6.6.3多核+多线程技术224

6.7典型的CPU225

6.7.1 Intel的CPU226

6.7.2 Sun的CPU227

6.7.3 MIPS的CPU230

习题231

第7章 流水线技术与指令级并行236

7.1流水线处理的概念236

7.1.1流水线的一般结构236

7.1.2流水线的类型237

7.2浮点运算流水线241

7.2.1浮点加减运算流水线241

7.2.2浮点乘除运算流水线243

7.3指令流水线246

7.3.1基本的指令流水线247

7.3.2指令流水线策略249

7.4流水线性能度量253

7.4.1时-空图253

7.4.2吞吐率254

7.4.3加速比256

7.4.4效率257

7.4.5吞吐率、加速比和效率的关系257

7.4.6流水线性能分析258

7.5指令流水线的性能提高261

7.5.1流水线的基本性能问题261

7.5.2结构相关262

7.5.3数据相关263

7.5.4控制相关264

7.6多发射处理器269

7.6.1超标量处理器271

7.6.2超长指令字处理器273

7.6.3多发射处理器的限制275

7.7指令级并行的概念276

7.7.1指令流水线的限制276

7.7.2突破指令流水线限制的途径277

7.7.3指令级并行的限制277

习题278

第8章 总线与输入/输出系统281

8.1概述281

8.2总线283

8.2.1总线类型与结构283

8.2.2总线的信息传输方式288

8.2.3总线仲裁293

8.2.4典型的总线298

8.3输入/输出接口301

8.4输入/输出技术304

8.4.1程序查询方式304

8.4.2中断方式306

8.4.3直接存储器存取方式316

8.4.4 I/O通道方式321

8.4.5操作系统的支持326

8.5输入/输出设备327

8.5.1输入设备327

8.5.2输出设备330

习题334

第9章 并行体系结构336

9.1计算机体系结构的并行性336

9.2计算机体系结构的分类339

9.3阵列处理机和向量处理机341

9.3.1阵列处理机341

9.3.2向量处理机343

9.4互连网络348

9.4.1基本概念348

9.4.2网络拓扑结构349

9.4.3常用的互连模式和互连网络363

9.5多处理器系统369

9.5.1 UMA对称多处理器系统369

9.5.2 NUMA对称多处理器系统377

9.5.3 Sun T1多处理器380

9.6多计算机系统380

9.6.1多计算机的概念381

9.6.2大规模并行处理器系统385

9.6.3集群388

9.7并行处理面临的挑战394

习题395

参考文献399