计算机组成与体系结构

　　本书以冯·诺依曼模型作为教学起点，介绍计算机系统的组织结构，进而介绍较新的计算机组织结构体系。使学生从逻辑电路、数据在计算机内的表示和运算算法、指令系统和汇编语言程序设计、计算机硬件系统的基本组成和指令执行过程的控制与实现、计算机系统最底层硬软件的配合与功能划分等多个层次，系统地了解计算机组成的基本原理与内部运行机制。通过教学计算机实例，努力提高学生在计算机硬件设计与实现方面的能力，适当认识提高计算机的部件和整机硬件性能的各种可行途径，掌握计算机体系结构的基本知识；使学生对计算机系统的最底层硬件与软件的配合关系以及功能划分等诸多方面有基本和正确的认识；并且使学生了解当前计算机系统最新的研究与发展趋势。这本教材的突出特点体现在以下几个方面：一是教材内容有比较好的系统性和完整性，包含了全部教学要求的知识点；二是在知识组织中有比较好的层次结构，既体现计算机组成和系统结构各项知识内容的内在关系，也符合学生的认识规律；三是有比较齐全的教学媒体，包括辅助材料。特别是教学实验设备，包括已经实现的具有合理、完备硬软件配置的教学计算机系统；已经完成的与硬件系统功能相同的软件模拟系统，这两套系统的有机结合，对于加强教学实践环节和能力培养有重要作用。本书以数字电路与逻辑设计（基础部分）、计算机组成（主体部分）、计算机体系结构（提高部分）3部分内容为主线，重点讲解计算机系统的完整组成和提高性能的可行途径。本书适合作为计算机组成原理课程，或者计算机组成与体系结构课程的教材，也可供从事计算机领域的广大工程技术人员参考。

暂缺《计算机组成与体系结构》作者简介

第1章 概述
1.1 计算机系统的基本组成及其层次结构
1.2 计算机的体系结构、组成和实现
1.3 计算机发展进步与拓展应用的历程
1.4 课程的教学目标和学习建议
本章小结
思考练习题
第2章 数字电路基础和计算机中的逻辑部件
2.1 数字电路基础
2.1.1 半导体材料和晶体二级管简介
2.1.2 双极型三级管的结构及其伏安特性
2.1.3 MOS管的结构及其伏安特性
2.2 基本逻辑门和布尔代数知识基础
2.2.1 最基本的逻辑门电路
2.2.2 布尔代数知识基础
2.3 组合逻辑电路及其应用
2.3.1 基本逻辑门
2.3.2 三态门
2.3.3 数据选择器
2.3.4 译码器和编码器
2.3.5 组合逻辑电路应用举例
2.4 时序逻辑电路及其应用
2.4.1 基本R-S触发器
2.4.2 D型触发器与寄存器、计数器器件
2.4.3 时序逻辑电路应用举例
2.5 现场可编程器件及其应用
2.5.1 现场可编程器件概述
2.5.2 通用可编程器件GAL20V8的内部结构及其编程使用
2.5.3 MACH器件的内部结构与编程使用
2.5.4 FPGA器件及其在实现CPU功能中的应用
2.6 几个专用功能器件和存储器芯片的引脚图
本章小结
思考练习题
第3章 数据表示、数据运算算法和逻辑电路实现
3.1 数字化信息编码的概念和二进制编码知识
3.1.1 数字化信息编码的概念
3.1.2 二进制编码和码制转换
3.1.3 检错纠错码
3.2 数据表示—常用的信息编码
3.2.1 逻辑类型数据的表示
3.2.2 字符类型数据的表示
3.2.3 数值类型数据的表示
3.3 二进制数值数据的编码与运算算法
3.3.1 原码、反码、补码的定义
3.3.2 补码加、减运算规则和电路实现
3.3.3 原码一位乘法的实现算法和电路实现
3.3.4 原码一位除法的实现算法和电路实现
3.3.5 补码一位乘法、除法和其他快速乘除法的实现思路
本章小结
思考练习题
第4章 计算机中的运算器部件
4.1 运算器部件概述
4.2 定点运算器部件的功能、组成与设计
4.2.1 定点运算器部件概述
4.2.2 位片结构的运算器芯片Am2901
4.2.3 教学计算机运算器的设计与实现实例
4.3 浮点运算与浮点运算器
4.3.1 浮点数的运算规则
4.3.2 浮点运算器举例
4.4 当前流行的计算机中的运算器部件概述
本章小结
思考练习题
第5章 指令、指令系统和汇编语言程序设计
5.1 指令格式和指令系统概述
5.1.1 操作码的组织与编码
5.1.2 有关操作数的个数、来源、去向和地址安排
5.1.3 关于指令的分类
5.2 寻址方式概述与应用实例
5.2.1 基本寻址方式概述
5.2.2 寻址方式应用举例
5.3 指令系统和汇编语言程序设计举例
5.3.1 教学计算机的指令系统说明
5.3.2 教学计算机的汇编程序设计举例
本章小结
思考练习题
第6章 计算机的控制器部件
6.1 控制器的功能、组成与指令执行步骤
6.1.1 控制器部件的功能及其组成
6.1.2 指令的执行步骤
6.2 硬连线控制器部件
6.2.1 硬连线控制器的组成和运行原理简介
6.2.2 教学计算机的硬连线控制器的组成、设计与实现实例
6.3 微程序控制器部件
6.3.1 微程序控制器的基本组成和工作原理
6.3.2 微程序设计中的下地址形成逻辑的硬件技术
6.3.3 教学计算机微程序控制器的组成、设计与实现实例
本章小结
思考练习题
第7章 多级结构的存储器系统概述和主存储器
7.1 多级结构的存储器系统概述
7.2 主存储器部件的组成与设计
7.2.1 主存储器概述
7.2.2 动态存储器的记忆原理和读写过程
7.2.3 静态存储器的存储原理和芯片内部结构
7.3 教学计算机的内存储器实例
7.4 提高存储器系统性能的可行途径
本章小结
思考练习题
第8章 高速缓冲存储器和虚拟存储器
8.1 高速缓冲存储器
8.1.1 高速缓冲存储器的运行原理
8.1.2 高速缓冲存储器的3种映像方式
8.1.3 高速缓冲存储器使用中的几个问题
8.2 虚拟存储器部件
8.2.1 虚拟存储器概述
8.2.2 段式存储管理
8.2.3 页式存储管理
本章小结
思考练习题
第9章 辅助存储器设备与磁盘阵列技术
9.1 外部存储设备概述
9.2 磁盘设备的组成与运行原理
9.3 光盘设备的组成与运行原理
9.4 磁盘阵列技术与容错支持
本章小结
思考练习题
第10章 输入输出设备
10.1 输入输出设备概述
10.1.1 设备简介
10.1.2 点阵式设备运行原理概述
10.2 显示器设备的组成和运行原理
10.2.1 显示器设备概述
10.2.2 CRT阴极射线管的组成和运行原理
10.2.3 CRT字符显示器的组成和运行原理
10.2.4 CRT图形显示器
10.2.5 液晶显示器的组成和运行原理
10.2.6 计算机终端
10.3 打印机设备的组成与运行原理
10.3.1 针式打印机的组成及其打印过程
10.3.2 喷墨打印机的组成及其打印过程
10.3.3 激光打印机的组成及其打印过程
10.4 计算机的输入设备
10.4.1 计算机键盘的组成和运行原理
10.4.2 鼠标设备
本章小结
思考练习题
第11章 输入输出系统
11.1 计算机输入输出系统概述
11.2 计算机总线的功能与组成
11.2.1 计算机总线概述
11.2.2 计算机总线构成
11.2.3 总线仲裁和数据传输控制
11.2.4 教学计算机的总线系统实例
11.3 输入输出接口概述
11.3.1 计算机输入输出接口的基本功能
11.3.2 通用可编程接口的一般组成
11.3.3 串行接口实例
11.4 常用的输入输出方式概述
11.4.1 常用的输入输出方式
11.4.2 中断的概念和中断处理过程
11.4.3 DMA的概念和DMA处理过程
本章小结
思考练习题
第12章 流水线技术
12.1 流水线的基本概念
12.1.1 流水线简介
12.1.2 流水线的表示方法
12.1.3 流水线的特点
12.1.4 流水线的分类方法
12.2 流水线的性能指标
12.2.1 流水线的吞吐率
12.2.2 流水线的加速比
12.2.3 流水线的效率
12.2.4 流水线的最佳段数
12.3 DLX指令集与DLX流水线
12.3.1 DLX指令集结构介绍
12.3.2 DLX的一种简单实现
12.3.3 DLX流水线的实现原理
12.4 流水线中的相关问题
12.4.1 结构相关
12.4.2 数据相关
12.5 控制相关
12.5.1 指令级并行技术
12.5.2 基本概念
13.1 多指令发射技术
本章小结
思考练习题
第13章 并行计算机体系结构
13.1 计算机体系结构概述
13.1.1 计算机体系结构的发展
13.1.2 计算机体系结构的分类
13.2 并行计算机系统概述
13.2.1 并行计算机系统分类
13.2.2 并行性、可扩展性和可编程性
13.3 并行计算机系统的设计问题
13.3.1 并行计算机系统的互联网络
13.3.2 并行计算机系统的性能问题
13.3.3 并行计算机系统的软件问题
13.4 SIMD计算机简介
13.4.1 阵列处理机
13.4.2 向量处理机
13.5 共享内存的多处理机系统
13.5.1 一致性内存访问的UMA多处理机系统
13.5.2 非一致性内存访问的NUMA多处理机系统
13.6 基于消息传递的多计算机系统
13.6.1 大规模并行处理机
13.6.2 工作站集群
13.6.3 消息传递软件包
本章小结
思考练习题
参考文献