計算機組成與系統結構

1計算機系統概述 1
1.1計算機系統的硬件結構 1
1.1.1馮·諾依曼計算機結構 1
1.1.2現代計算機結構 2
1.1.3計算機硬件的典型結構 3
1.1.4計算機各大功能部件簡介 6
1.2計算機的工作過程 9
1.3計算機的軟件系統 11
1.4計算機系統的層次結構 12
1.4.1計算機的層次結構 12
1.4.2軟件與硬件的邏輯等價性 14
1.5系統結構的評價標準 14
1.5.1計算機系統的性能指標 14
1.5.2計算機的成本與價格 15
習題 16
2計算機邏輯部件 17
2.1寄存器 17
2.1.1基本寄存器 17
2.1.2移位寄存器 18
2.1.3常用寄存器 19
2.2計數器 20
2.2.1二進制計數器 20
2.2.2非二進制計數器 23
2.2.3典型計數器舉例 25
2.3編碼器和譯碼器 25
2.3.1編碼器 25
2.3.2譯碼器 27
2.3.3典型譯碼器舉例 28
2.4總線緩沖器和總線控制器 29
2.4.1三態(tài)電路 29
2.4.2總線緩沖器 30
2.4.3總線控制器 30
2.4.4微型機中的總線系統 30
2.5時鐘發(fā)生器 31
2.5.1時序的概念 31
2.5.2時序部件及控制方式 33
習題 35
3運算方法與運算器 36
3.1數的小數點表示方法 36
3.1.1定點數的表示方法 36
3.1.2浮點數的表示方法 36
3.2帶符號數的表示方法 37
3.2.1原碼的表示方法 38
3.2.2補碼的表示方法 38
3.2.3反碼的表示方法 39
3.2.4移碼的表示方法 40
3.2.5真值的四種機器數表示方法——原碼.補碼.反碼和移碼 40
3.3運算器 40
3.3.1半加器與全加器 40
3.3.2串行加法器與并行加法器 41
3.3.3算術邏輯單元（ALU） 43
3.4定點加減法運算 45
3.4.1原碼加減法 45
3.4.2補碼加減法 45
3.4.3溢出及判別方法 48
3.5定點乘法運算 49
3.5.1原碼一位乘法 49
3.5.2補碼一位乘法 52
3.5.3補碼二位乘法 54
3.6定點除法運算 55
3.6.1原碼一位除法 56
3.6.2補碼一位除法 59
3.7浮點算術運算 60
3.7.1浮點加減法運算 61
3.7.2浮點乘除法運算 62
習題 64
4存儲器系統 65
4.1存儲器的基本知識 65
4.1.1存儲器的分類 65
4.1.2主存儲器的基本結構 68
4.1.3存儲器的層次結構 71
4.2半導體存儲器 73
4.2.1主存儲器的主要技術指標 73
4.2.2動態(tài)半導體存儲器的刷新 74
4.2.3半導體存儲器的組成及尋址 76
4.2.4半導體存儲器與CPU的連接 79
4.2.5半導體存儲器的設計步驟 79
4.3并行主存儲器 81
4.4高速緩沖存儲器 83
4.4.1高速緩沖存儲器的基本結構 83
4.4.2高速緩沖存儲器的讀寫操作 85
4.4.3替換算法 85
4.5虛擬存儲器 86
4.5.1頁式虛擬存儲器 86
4.5.2段式虛擬存儲器 88
4.5.3段頁式虛擬存儲器 89
4.6存儲保護 89
4.6.1存儲區(qū)域保護 89
4.6.2訪問方式保護 91
習題 91
5指令系統 94
5.1指令系統 94
5.1.1指令系統的發(fā)展 94
5.1.2對指令系統的要求 95
5.2指令格式 95
5.2.1指令格式 96
5.2.2操作碼的編碼 98
5.3尋址方式 99
5.3.1隱含尋址 99
5.3.2立即尋址 100
5.3.3直接尋址 100
5.3.4寄存器尋址 100
5.3.5間接尋址 100
5.3.6變址尋址 101
5.3.7相對尋址 102
5.3.8基址尋址 102
5.4指令的分類 103
5.4.1數據傳送指令 103
5.4.2算術邏輯運算指令 103
5.4.3移位指令 104
5.4.4字符串處理指令 104
5.4.5轉移類指令 104
5.4.6堆棧及堆棧操作指令 105
5.4.7輸入/輸出（I/O）指令 106
5.4.8浮點運算指令 106
5.4.9向量與多處理機指令 106
5.4.10控制指令 107
5.5精簡指令系統計算機RISC 107
5.5.1CISC與RISC 107
5.5.2RISC的特點 108
習題 109
6控制器 111
6.1中央處理器的功能與組成 111
6.1.1中央處理器的功能 112
6.1.2中央處理器的結構框圖 113
6.2控制器的功能與結構 116
6.2.1控制器的功能 116
6.2.2控制器的結構框圖 118
6.3時序 121
6.3.1時序控制方式 121
6.3.2多級時序的建立 123
6.3.3典型的指令周期 125
6.4微程序控制器 127
6.4.1微程序控制器的基本概念 127
6.4.2微程序控制器組成原理 128
6.4.3微程序控制器的設計技術 130
6.5組合邏輯控制器 133
6.6PLA邏輯控制器 135
6.7系統總線 138
6.7.1總線結構 138
6.7.2總線的控制方式 140
6.7.3總線的通信方式 144
習題 145
7輸入輸出系統 146
7.1概述 146
7.1.1I/O系統的功能和組成 146
7.1.2輸入輸出設備的尋址方式 147
7.1.3輸入輸出指令 148
7.1.4輸入輸出接口 148
7.2主機與外設的數據傳送方式 149
7.2.1程序查詢方式 149
7.2.2程序中斷方式 149
7.2.3DMA輸入輸出方式 153
7.2.4通道方式 158
7.2.5不同傳送方式的比較 160
7.3外圍設備 161
7.3.1輸入設備 162
7.3.2顯示器 164
7.3.3打印機 167
7.3.4磁盤存儲器 168
習題 174
8計算機系統結構 175
8.1標量流水技術 175
8.1.1控制流及其改變 175
8.1.2標量流水工作原理 176
8.1.3流水操作中的主要障礙 180
8.1.4流水的實現與控制 183
8.1.5先進的流水技術 198
8.2向量流水處理 204
8.2.1向量流水處理 204
8.2.2向量流水機的基本系統結構 204
8.2.3向量操作長度控制和向量訪問步長 212
8.2.4向量處理方法 215
8.2.5增強向量處理性能的方法 216
8.2.6向量處理性能 220
8.2.7向量化編譯技術 221
8.3并行處理與多處理機系統 222
8.3.1并行性的概念 222
8.3.2并行處理機 223
8.3.3多處理機系統 226
習題 238
9計算機系統結構的發(fā)展方向 244
9.1數據流計算機 244
9.1.1數據流計算機的基本原理 244
9.1.2數據流圖與數據流程序 248
9.1.3數據流計算機分類 253
9.1.4數據流計算機的性能分析 257
9.2數據庫機與知識庫機 260
9.2.1數據庫機與知識庫機模型 260
9.2.2數據庫機與知識庫機系統結構 262
9.2.3典型的數據庫機與知識庫機 263
9.3歸約機 266
9.3.1函數式語言 266
9.3.2歸約機的結構特點 268
9.3.3歸約機分類 270
習題 272