計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)方法（第五版）

第1章 概述        1
1.1 結(jié)構(gòu)化計(jì)算機(jī)組成        1
1.1.1 語(yǔ)言、層次和虛擬機(jī)        1
1.1.2 現(xiàn)代多層次計(jì)算機(jī)                3
1.1.3 多層次計(jì)算機(jī)的演化        5
1.2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的里程碑        8
1.2.1 第零代——機(jī)械計(jì)算機(jī)(1642—1945)        9
1.2.2 第一代——電子管計(jì)算機(jī)(1945—1955)        10
1.2.3 第二代——晶體管計(jì)算機(jī)(1955—1965)        12
1.2.4 第三代——集成電路計(jì)算機(jī)(1965—1980)        14
1.2.5 第四代——超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1980—?)        15
1.2.6 第五代——無(wú)所不在的計(jì)算機(jī)        17
1.3 計(jì)算機(jī)家族        17
1.3.1 技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)        17
1.3.2 計(jì)算機(jī)譜系        19
1.3.3 一次性計(jì)算機(jī)        19
1.3.4 微控制器        21
1.3.5 游戲機(jī)        22
1.3.6 個(gè)人計(jì)算機(jī)        22
1.3.7 服務(wù)器        23
1.3.8 工作站群集        23
1.3.9 大型機(jī)        24
1.4 系列計(jì)算機(jī)舉例        24
1.4.1 Pentium 4簡(jiǎn)介        25
1.4.2 UltraSPARC III簡(jiǎn)介        28
1.4.3 8051簡(jiǎn)介        29
1.5 公制計(jì)量單位        31
1.6 本書(shū)概覽        32
習(xí)題         33
第2章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成        34
2.1 處理器        34
2.1.1 CPU的組成        35
2.1.2 指令執(zhí)行        36
2.1.3 RISC和CISC        38
2.1.4 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)原則        39
2.1.5 指令級(jí)并行        40
2.1.6 處理器級(jí)并行        43
2.2 主存儲(chǔ)器        46
2.2.1 存儲(chǔ)位        46
2.2.2 內(nèi)存編址        46
2.2.3 字節(jié)順序        47
2.2.4 糾錯(cuò)碼        49
2.2.5 高速緩存        51
2.2.6 內(nèi)存封裝及其類(lèi)型        53
2.3 輔助存儲(chǔ)器        54
2.3.1 層次存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)        54
2.3.2 磁盤(pán)        55
2.3.3 軟盤(pán)        57
2.3.4 IDE盤(pán)        58
2.3.5 SCSI盤(pán)        59
2.3.6 RAID盤(pán)        60
2.3.7 只讀光盤(pán)        63
2.3.8 可刻光盤(pán)        66
2.3.9 可擦寫(xiě)光盤(pán)        67
2.3.10 DVD        68
2.3.11 Blu-Ray        69
2.4 輸入/輸出設(shè)備        69
2.4.1 總線(xiàn)        69
2.4.2 終端        72
2.4.3 鼠標(biāo)        75
2.4.4 打印機(jī)        76
2.4.5 通信設(shè)備        80
2.4.6 數(shù)碼相機(jī)        86
2.4.7 字符編碼        87
2.5 小結(jié)        90
習(xí)題         91
第3章 數(shù)字邏輯層        93
3.1 門(mén)和布爾代數(shù)        93
3.1.1 門(mén)        93
3.1.2 布爾代數(shù)        95
3.1.3 布爾函數(shù)的實(shí)現(xiàn)        96
3.1.4 等價(jià)電路        98
3.2 基本數(shù)字邏輯電路        100
3.2.1 集成電路        100
3.2.2 組合邏輯電路        102
3.2.3 算術(shù)電路        106
3.2.4 時(shí)鐘        109
3.3 內(nèi)存        110
3.3.1 鎖存器        110
3.3.2 觸發(fā)器        112
3.3.3 寄存器        114
3.3.4 內(nèi)存組成        114
3.3.5 內(nèi)存芯片        117
3.3.6 RAM和ROM        119
3.4 CPU芯片和總線(xiàn)        121
3.4.1 CPU芯片        122
3.4.2 計(jì)算機(jī)總線(xiàn)        123
3.4.3 總線(xiàn)寬度        125
3.4.4 總線(xiàn)時(shí)鐘        126
3.4.5 總線(xiàn)仲裁        129
3.4.6 總線(xiàn)操作        132
3.5 CPU芯片舉例        133
3.5.1 Pentium 4        133
3.5.2 UltraSPARC III        138
3.5.3 8051芯片        141
3.6 總線(xiàn)舉例        143
3.6.1 ISA總線(xiàn)        144
3.6.2 PCI總線(xiàn)        145
3.6.3 PCI Express        151
3.6.4 通用串行總線(xiàn)        154
3.7 接口電路        157
3.7.1 輸入/輸出芯片        157
3.7.2 地址譯碼        158
3.8 小結(jié)        160
習(xí)題         161
第4章 微體系結(jié)構(gòu)層        164
4.1 微體系結(jié)構(gòu)舉例        164
4.1.1 數(shù)據(jù)通路        165
4.1.2 微指令        169
4.1.3 微指令控制：Mic-1        171
4.2 指令系統(tǒng)舉例：IJVM        174
4.2.1 棧        174
4.2.2 IJVM內(nèi)存模型        176
4.2.3 IJVM指令集        177
4.2.4 將Java編譯為IJVM        180
4.3 實(shí)現(xiàn)舉例        181
4.3.1 微指令和符號(hào)        181
4.3.2 用Mic-1實(shí)現(xiàn)IJVM        185
4.4 微體系結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)        194
4.4.1 速度與價(jià)格        194
4.4.2 縮短指令執(zhí)行路徑長(zhǎng)度        195
4.4.3 帶預(yù)取的設(shè)計(jì)：Mic-2        200
4.4.4 流水線(xiàn)設(shè)計(jì)：Mic-3        203
4.4.5 七段流水線(xiàn)設(shè)計(jì)：Mic-4        207
4.5 提高性能        209
4.5.1 高速緩存        210
4.5.2 分支預(yù)測(cè)        214
4.5.3 亂序執(zhí)行和寄存器重命名        218
4.5.4 推測(cè)執(zhí)行        222
4.6 微體系結(jié)構(gòu)層舉例        223
4.6.1 Pentium 4 CPU的微體系結(jié)構(gòu)        224
4.6.2 UltraSPARC III Cu CPU的微體系結(jié)構(gòu)        228
4.6.3 8051 CPU的微體系結(jié)構(gòu)        232
4.7 Pentium、UltraSPARC和8051三種CPU的比較        233
4.8 小結(jié)        234
習(xí)題         235
第5章 指令系統(tǒng)層        238
5.1 指令系統(tǒng)層概述        239
5.1.1 指令系統(tǒng)層的性質(zhì)        239
5.1.2 存儲(chǔ)模式        240
5.1.3 寄存器        242
5.1.4 指令        243
5.1.5 Pentium 4指令系統(tǒng)層概述        243
5.1.6 UltraSPARC III指令系統(tǒng)層概述        245
5.1.7 8051指令系統(tǒng)層概述        248
5.2 數(shù)據(jù)類(lèi)型        250
5.2.1 數(shù)值數(shù)據(jù)類(lèi)型        250
5.2.2 非數(shù)值數(shù)據(jù)類(lèi)型        251
5.2.3 Pentium 4的數(shù)據(jù)類(lèi)型        251
5.2.4 UltraSPARC III的數(shù)據(jù)類(lèi)型        252
5.2.5 8051的數(shù)據(jù)類(lèi)型        252
5.3 指令格式        252
5.3.1 指令格式設(shè)計(jì)準(zhǔn)則        253
5.3.2 擴(kuò)展操作碼        255
5.3.3 Pentium 4指令格式        256
5.3.4 UltraSPARC III指令格式        257
5.3.5 8051指令格式        258
5.4 尋址        259
5.4.1 尋址方式        259
5.4.2 立即尋址        259
5.4.3 直接尋址        260
5.4.4 寄存器尋址        260
5.4.5 寄存器間接尋址        260
5.4.6 變址尋址        261
5.4.7 基址變址尋址        262
5.4.8 棧尋址        263
5.4.9 轉(zhuǎn)移指令的尋址方式        265
5.4.10 操作碼和尋址方式的關(guān)系        265
5.4.11 Pentium 4的尋址方式        267
5.4.12 UltraSPARC III的尋址方式        268
5.4.13 8051的尋址方式        269
5.4.14 尋址方式討論        269
5.5 指令類(lèi)型        270
5.5.1 數(shù)據(jù)移動(dòng)指令        270
5.5.2 雙操作數(shù)指令        271
5.5.3 單操作數(shù)指令        271
5.5.4 比較和條件轉(zhuǎn)移指令        273
5.5.5 過(guò)程調(diào)用指令        274
5.5.6 循環(huán)控制指令        275
5.5.7 輸入/輸出指令        275
5.5.8 Pentium 4指令系統(tǒng)        278
5.5.9 UltraSPARC III指令系統(tǒng)        280
5.5.10 8051指令系統(tǒng)        282
5.5.11 指令集比較        284
5.6 控制流        285
5.6.1 順序控制流和轉(zhuǎn)移        285
5.6.2 過(guò)程        286
5.6.3 協(xié)同過(guò)程        289
5.6.4 陷阱        290
5.6.5 中斷        291
5.7 詳細(xì)舉例：漢諾塔        294
5.7.1 Pentium 4匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的漢諾塔        294
5.7.2 UltraSPARC III匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的漢諾塔        296
5.8 IA-64體系結(jié)構(gòu)和Itanium 2        297
5.8.1 Pentium 4的問(wèn)題        298
5.8.2 IA-64模型：顯式并行指令計(jì)算        299
5.8.3 減少內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)        299
5.8.4 指令調(diào)度        300
5.8.5 減少條件轉(zhuǎn)移：判定        301
5.8.6 推測(cè)加載        303
5.9 小結(jié)        303
習(xí)題        304
第6章 操作系統(tǒng)層        308
6.1 虛擬內(nèi)存        309
6.1.1 內(nèi)存分頁(yè)        309
6.1.2 內(nèi)存分頁(yè)的實(shí)現(xiàn)        310
6.1.3 請(qǐng)求調(diào)頁(yè)和工作集模型        313
6.1.4 頁(yè)置換策略        314
6.1.5 頁(yè)大小和碎片        315
6.1.6 分段        316
6.1.7 分段的實(shí)現(xiàn)        318
6.1.8 Pentium 4中的虛擬內(nèi)存        320
6.1.9 UltraSPARC III的虛擬內(nèi)存        323
6.1.10 虛擬內(nèi)存和高速緩存        325
6.2 虛擬輸入/輸出指令        326
6.2.1 文件        326
6.2.2 虛擬輸入/輸出指令的實(shí)現(xiàn)        328
6.2.3 目錄管理指令        330
6.3 用于并行處理的虛擬指令        331
6.3.1 進(jìn)程創(chuàng)建        331
6.3.2 競(jìng)爭(zhēng)條件        332
6.3.3 使用信號(hào)量的進(jìn)程同步        335
6.4 操作系統(tǒng)實(shí)例        338
6.4.1 簡(jiǎn)介        338
6.4.2 虛擬內(nèi)存實(shí)例        345
6.4.3 虛擬輸入/輸出舉例        347
6.4.4 進(jìn)程管理實(shí)例        356
6.5 小結(jié)        360
習(xí)題         361
第7章 匯編語(yǔ)言層        365
7.1 匯編語(yǔ)言簡(jiǎn)介        365
7.1.1 什么是匯編語(yǔ)言        365
7.1.2 為什么使用匯編語(yǔ)言        366
7.1.3 匯編語(yǔ)言語(yǔ)句的格式        368
7.1.4 偽指令        370
7.2 宏        372
7.2.1 宏定義、調(diào)用和擴(kuò)展        372
7.2.2 帶參數(shù)的宏        373
7.2.3 高級(jí)特性        374
7.2.4 匯編器中宏處理的實(shí)現(xiàn)        374
7.3 匯編過(guò)程        375
7.3.1 兩趟匯編的匯編器        375
7.3.2 第一趟掃描        375
7.3.3 第二趟掃描        378
7.3.4 符號(hào)表        380
7.4 鏈接和加載        381
7.4.1 鏈接器的功能        382
7.4.2 目標(biāo)模塊的結(jié)構(gòu)        384
7.4.3 綁定時(shí)間和動(dòng)態(tài)重定位        385
7.4.4 動(dòng)態(tài)鏈接        387
7.5 小結(jié)        390
習(xí)題         390
第8章 并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)        393
8.1 片內(nèi)并行        394
8.1.1 指令級(jí)并行        394
8.1.2 片內(nèi)多線(xiàn)程        399
8.1.3 單片多處理器        403
8.2 協(xié)處理器        407
8.2.1 網(wǎng)絡(luò)處理器        407
8.2.2 媒體處理器        412
8.2.3 加密處理器        416
8.3 共享內(nèi)存的多處理器        417
8.3.1 多處理器與多計(jì)算機(jī)        417
8.3.2 內(nèi)存語(yǔ)義        423
8.3.3 UMA對(duì)稱(chēng)多處理器體系結(jié)構(gòu)        426
8.3.4 NUMA多處理器系統(tǒng)        432
8.3.5 COMA多處理器系統(tǒng)        438
8.4 消息傳遞的多計(jì)算機(jī)        439
8.4.1 互連網(wǎng)絡(luò)        440
8.4.2 MPP——大規(guī)模并行處理器        443
8.4.3 集群計(jì)算        450
8.4.4 多計(jì)算機(jī)的通信軟件        454
8.4.5 調(diào)度        456
8.4.6 應(yīng)用層的共享內(nèi)存        456
8.4.7 性能        462
8.5 網(wǎng)格計(jì)算        466
8.6 小結(jié)        468
習(xí)題        469
第9章 推薦讀物和參考文獻(xiàn)        471
9.1 推薦讀物        471
9.1.1 一般性和介紹性的讀物        471
9.1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成        472
9.1.3 數(shù)字邏輯層        473
9.1.4 微體系結(jié)構(gòu)層        473
9.1.5 指令系統(tǒng)層        474
9.1.6 操作系統(tǒng)層        475
9.1.7 匯編語(yǔ)言層        475
9.1.8 并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)        475
9.1.9 二進(jìn)制數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)        477
9.1.10 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)        477
9.2 參考文獻(xiàn)        478
附錄A 二進(jìn)制數(shù)        490
附錄B 浮點(diǎn)數(shù)        499
附錄C 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)        505