书籍详情
计算机组成与设计
作者：薛宏熙，胡秀珠 编著
出版社：清华大学出版社
出版时间：2007-01-01
ISBN：9787302143437
定价：¥36.00
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内容简介
本书共分7章和2个附录，第1章是概论；第2章介绍数据在计算机内部的表示形式；第3章介绍如何用数字电路实现数据的存储与运算；第4-7章是计算机组成原理和设计方法的主体内容，包括中央处理器（CPU）、存储系统、外围设备和输入输出系统。附录A介绍EDA工具QuartusⅡ，附录B介绍硬件描述语言VHDL。本书附有光盘，其中包含Quartus Ⅱ 6.0网络版安装软件、本书中的图片以及VHDL源代码，方便学生学习和教师制作课件。.本书的特点是引入电子设计自动化（EDA）工具和硬件描述语言VHDL，使理论教学和上机实验相结合，学习基本原理和掌握设计方法相结合。..本书可作为高等院校计算机及相关专业“计算机组成原理”课程的教材，也可作为从事相关工作的工程技术人员的参考书。...
作者简介
本书提供作译者介绍薛宏熙清华大学计算机系教授。1962年毕业于清华大学自动控制系，毕业后在清华大学任教，其中1985年至1986年作为访问学者在加拿大多伦多大学进修。研究方向为数字系统设计自动化，包括模拟、逻辑综合、高层次综合、形式验证、软硬件协同设计、系统芯片设计工具研究等。讲授过的课程有：数字逻辑、计算机原理、计算机系统结构、数字系统自动设计、VHDL与集成电路设计等。出版著作有：《数字系统计算机辅助设计》、《数字系统设计自动化》等。译著有《VHDL简明教程》、《用VHDL...
目录
第1章概论/1
1.1从外部观察计算机/2
1.2数字计算机与模拟计算机/6
1.3计算机的内部结构/6
1.3.1计算机硬件的组成/7
1.3.2计算机软件的组成/11
1.4微型计算机的主要指标/13
1.5计算机的发展与应用/14
1.5.1制造工艺进步导致计算机性能提高/14
1.5.2计算机的普及与应用导致计算机产业发展/15
1.5.3远景展望/16
本章小结/17
习题/17
第2章数码系统——数据在计算机内部的表示形式/19
2.1数据表示形式的多样性/19
2.1.1适合于人的数据表示形式/19
2.1.2适合于计算机的表示形式——编码/20
2.1.3数据格式的相互转换/28
2.2机器数的编码格式/31
2.2.1二进制定点数的原码表示形式/32
2.2.2二进制定点数的补码表示形式/34
2.2.3二进制定点小数的反码表示形式/42
2.2.4十进制数的二进制编码及运算/43
2.2.5浮点数的编码形式/46
2.3信息传输过程中的检错/纠错码/47
2.3.1奇偶校验码/48
2.3.2*海明校验码/49
2.3.3*循环冗余校验码/51
本章小结/56
习题/57
第3章用数字电路实现数据的存储与运算/62
3.1数字集成电路的基本元件——逻辑门/63
3.1.1MOS晶体管/63
3.1.2逻辑门/65
3.2定点数的简单算术运算/70
3.2.1简单二进制加法器的实现（举例）/70
3.2.2简单二进制减法器的实现（举例）/78
3.2.3定点二进制数的补码加减法
运算器/78
3.2.4定点二进制数乘法运算部件的实现/80
3.2.5定点二进制数除法运算部件的实现/82
3.2.6逻辑运算的实现（举例）/82
3.3数据的存储/83
3.4二进制定点数的乘法运算/87
3.4.1正数的定点小数乘法运算/87
3.4.2补码的乘法运算/92
3.5二进制定点数的除法运算/97
3.5.1正数的定点小数除法运算/97
3.5.2*补码的除法运算/100
3.6浮点数的算术运算/104
3.6.1浮点数的加减运算/104
3.6.2浮点数的乘除运算/105
3.6.3阶码的表示形式——补码和移码/107
3.6.4浮点数四则运算的小结/108
3.7算术逻辑运算单元（ALU）举例/109
本章小结/111
习题/111
第4章计算机的核心部件——处理器/114
4.1处理器的工作过程简介/114
4.2数据在内存中与在处理器中的表示方式/116
4.3指令格式（机器码格式）/116
4.3.1操作码/117
4.3.2地址码/118
4.4寻址（编址）方式/119
4.4.1基本寻址方式概述/120
4.4.2寻址方式举例/122
4.5一个简单处理器（简化模型）的指令系统/123
4.6处理器的组成与设计/125
4.6.1处理器的组成/125
4.6.2处理器和内存的相互联系/127
4.6.3控制器/127
4.6.4处理器指令执行的详细流程/130
4.6.5处理器的（VHDL）行为描述/135
4.6.6处理器与内存相连组成一台
计算机/143
4.7流水线技术/149
4.8精简指令系统计算机（RISC）/151
本章小结/152
习题/152
第5章多级结构的存储器系统/154
5.1概述/154
5.2存储器分类/155
5.3主存储器的基本原理/156
5.3.1静态存储器的基本原理/158
5.3.2动态存储器的基本原理/159
5.3.3只读存储器（ROM）/160
5.3.4主存储器的主要技术指标/162
5.4构成主存储器的有关技术/163
5.4.1主存容量的扩展/163
5.4.2单向数据总线和双向数据总线/164
5.4.3地址码的一级译码和二级译码/165
5.4.4主存的检错与纠错/167
5.4.5主存的并行读写技术/167
5.4.6CPU与主存的协同工作——同步与
异步/169
5.4.7*同步动态随机存储器/169
5.4.8*Rambus DRAM/170
5.4.9*双端口存储器/170
5.4.10*在DRAM芯片内加入缓存/171
5.5辅助存储器/171
5.5.1磁记录原理与记录方式/171
5.5.2磁盘存储器/174
5.5.3磁盘阵列存储器/176
5.5.4光盘存储器/178
5.5.5移动式存储器/181
5.6高速缓冲存储器/181
5.6.1高速缓存的工作原理/182
5.6.2地址映像/183
5.6.3替换算法和更新策略/185
5.7虚拟存储器/187
5.7.1虚拟存储器的基本概念/187
5.7.2段式虚拟存储器/187
5.7.3页式虚拟存储器/188
5.7.4段页式虚拟存储器/189
5.7.5快表与慢表/190
本章小结/191
习题/191
第6章计算机的输入输出设备/194
6.1图形和图像的点阵表示/195
6.2键盘输入设备/196
6.3定位输入设备/197
6.3.1鼠标器/197
6.3.2轨迹球/198
6.3.3触摸板/198
6.4扫描仪/198
6.4.1扫描仪的工作原理/198
6.4.2扫描仪的性能指标/199
6.5显示器/199
6.5.1CRT显示器/200
6.5.2液晶显示器/202
6.6打印机/203
6.6.1针式打印机/203
6.6.2喷墨打印机/205
6.6.3激光打印机/206
6.7汉字输入/206
本章小结/208
习题/208
第7章计算机的输入输出系统/210
7.1概述/210
7.2计算机总线/212
7.2.1总线类型/212
7.2.2总线判优与仲裁/213
7.2.3总线通信控制/216
7.2.4总线的标准化和性能指标/218
7.2.5总线举例/219
7.3输入输出接口/222
7.3.1接口的功能与组成/222
7.3.2接口的分类/224
7.3.3串行接口的通信协议/224
7.4程序直接控制的输入输出方式/226
7.5程序中断输入输出方式/228
7.5.1中断的基本概念/228
7.5.2中断请求与判优/229
7.5.3中断响应与中断处理/232
7.5.4多重中断中的现场保存与恢复/234
7.6DMA输入输出方式/235
7.6.1基本概念/235
7.6.2DMA接口/237
7.6.3DMA的工作方式/238
7.6.4DMA的数据传送过程/238
7.7*通道控制与外围处理机控制方式/239
7.8*可编程接口电路举例——8255/240
7.9*8255的VHDL行为描述/245
本章小结/250
习题/251
附录AEDA工具 QuartusⅡ简介/253
A.1QuartusⅡ的安装与运行/254
A.1.1QuartusⅡ的首次安装/254
A.1.2申请授权文件/255
A.1.3改变Quartus Ⅱ主界面的样式/256
A.2设计流程/257
A.3项目的建立与版本管理/259
A.3.1建立一个新项目/259
A.3.2QuartusⅡ项目的版本管理/261
A.4设计的原理图描述/263
A.4.1进入原理图编辑器/263
A.4.2从元件库中调入元件符号/264
A.4.3绘制原理图/265
A.5设计的VHDL描述/266
A.5.1进入文本编辑器/267
A.5.2在文本编辑器中编辑VHDL文件/267
A.5.3发现并纠正VHDL代码中的错误/268
A.5.4保存文件/270
A.6综合和编译/270
A.6.1进入编译器/270
A.6.2发现并纠正原理图中的错误/272
A.7模拟验证/273
A.7.1使用波形编辑器绘制测试向量波形/273
A.7.2执行模拟/276
A.8层次化设计实例/278
A.8.1在原理图编辑器中实现层次化
设计/279
A.8.2VHDL设计描述与原理图混合使用的
层次化设计/281
A.9时序分析器/284
A.10调用带参数的库元件/286
A.10.1在原理图编辑器中创建一个存
储器/286
A.10.2初始化存储器的内容/291
A.10.3存储器的模拟实例/291
A.11可编程器件的物理实现/292
A.11.1引脚分配/293
A.11.2对目标器件编程/296
A.12用SignalTapⅡ实时测试FPGA中的信号
波形/298
附录B硬件描述语言VHDL简介/303
B.1VHDL的产生与发展/303
B.2用VHDL建立电路模型/304
B.2.1电路模型/304
B.2.2实体声明与结构体/306
B.2.3结构体的描述方式/307
B.2.4标识符/308
B.3面向模拟器的某些特性/309
B.3.1模拟周期/310
B.3.2延迟时间/310
B.4VHDL中的对象/311
B.5数据类型/312
B.5.1标量类型/313
B.5.2复合类型/314
B.5.3子类型/316
B.5.4文件类型/316
B.5.5类型转换/317
B.6VHDL的词法单元/318
B.6.1注释/318
B.6.2数字/319
B.6.3字符/319
B.6.4字符串/320
B.6.5位串/320
B.7属性/320
B.8表达式与运算符/323
B.9子程序——过程与函数/326
B.10程序包与设计库/328
B.10.1程序包——设计中的数据共享/328
B.10.2设计库/329
B.10.3VHDL中名字的可见性/330
B.10.4library语句和use语句/331
B.11行为描述/332
B.11.1进程语句/332
B.11.2行为模型的顺序性/333
B.11.3行为模型的并行性/340
B.12结构描述/344
B.12.1端口的基本特征/345
B.12.2元件例化语句/346
B.12.3配置指定/347
B.12.4规则结构/348
B.12.5无连接端口/349
B.13重载/349
B.14VHDL保留字和预定义程序包/351
B.14.1VHDL保留字/351
B.14.2标准程序包STANDARD/352
B.14.3IEEE多值逻辑系统程序包
std_logic_1164/359
参考文献/362
1.1从外部观察计算机/2
1.2数字计算机与模拟计算机/6
1.3计算机的内部结构/6
1.3.1计算机硬件的组成/7
1.3.2计算机软件的组成/11
1.4微型计算机的主要指标/13
1.5计算机的发展与应用/14
1.5.1制造工艺进步导致计算机性能提高/14
1.5.2计算机的普及与应用导致计算机产业发展/15
1.5.3远景展望/16
本章小结/17
习题/17
第2章数码系统——数据在计算机内部的表示形式/19
2.1数据表示形式的多样性/19
2.1.1适合于人的数据表示形式/19
2.1.2适合于计算机的表示形式——编码/20
2.1.3数据格式的相互转换/28
2.2机器数的编码格式/31
2.2.1二进制定点数的原码表示形式/32
2.2.2二进制定点数的补码表示形式/34
2.2.3二进制定点小数的反码表示形式/42
2.2.4十进制数的二进制编码及运算/43
2.2.5浮点数的编码形式/46
2.3信息传输过程中的检错/纠错码/47
2.3.1奇偶校验码/48
2.3.2*海明校验码/49
2.3.3*循环冗余校验码/51
本章小结/56
习题/57
第3章用数字电路实现数据的存储与运算/62
3.1数字集成电路的基本元件——逻辑门/63
3.1.1MOS晶体管/63
3.1.2逻辑门/65
3.2定点数的简单算术运算/70
3.2.1简单二进制加法器的实现（举例）/70
3.2.2简单二进制减法器的实现（举例）/78
3.2.3定点二进制数的补码加减法
运算器/78
3.2.4定点二进制数乘法运算部件的实现/80
3.2.5定点二进制数除法运算部件的实现/82
3.2.6逻辑运算的实现（举例）/82
3.3数据的存储/83
3.4二进制定点数的乘法运算/87
3.4.1正数的定点小数乘法运算/87
3.4.2补码的乘法运算/92
3.5二进制定点数的除法运算/97
3.5.1正数的定点小数除法运算/97
3.5.2*补码的除法运算/100
3.6浮点数的算术运算/104
3.6.1浮点数的加减运算/104
3.6.2浮点数的乘除运算/105
3.6.3阶码的表示形式——补码和移码/107
3.6.4浮点数四则运算的小结/108
3.7算术逻辑运算单元（ALU）举例/109
本章小结/111
习题/111
第4章计算机的核心部件——处理器/114
4.1处理器的工作过程简介/114
4.2数据在内存中与在处理器中的表示方式/116
4.3指令格式（机器码格式）/116
4.3.1操作码/117
4.3.2地址码/118
4.4寻址（编址）方式/119
4.4.1基本寻址方式概述/120
4.4.2寻址方式举例/122
4.5一个简单处理器（简化模型）的指令系统/123
4.6处理器的组成与设计/125
4.6.1处理器的组成/125
4.6.2处理器和内存的相互联系/127
4.6.3控制器/127
4.6.4处理器指令执行的详细流程/130
4.6.5处理器的（VHDL）行为描述/135
4.6.6处理器与内存相连组成一台
计算机/143
4.7流水线技术/149
4.8精简指令系统计算机（RISC）/151
本章小结/152
习题/152
第5章多级结构的存储器系统/154
5.1概述/154
5.2存储器分类/155
5.3主存储器的基本原理/156
5.3.1静态存储器的基本原理/158
5.3.2动态存储器的基本原理/159
5.3.3只读存储器（ROM）/160
5.3.4主存储器的主要技术指标/162
5.4构成主存储器的有关技术/163
5.4.1主存容量的扩展/163
5.4.2单向数据总线和双向数据总线/164
5.4.3地址码的一级译码和二级译码/165
5.4.4主存的检错与纠错/167
5.4.5主存的并行读写技术/167
5.4.6CPU与主存的协同工作——同步与
异步/169
5.4.7*同步动态随机存储器/169
5.4.8*Rambus DRAM/170
5.4.9*双端口存储器/170
5.4.10*在DRAM芯片内加入缓存/171
5.5辅助存储器/171
5.5.1磁记录原理与记录方式/171
5.5.2磁盘存储器/174
5.5.3磁盘阵列存储器/176
5.5.4光盘存储器/178
5.5.5移动式存储器/181
5.6高速缓冲存储器/181
5.6.1高速缓存的工作原理/182
5.6.2地址映像/183
5.6.3替换算法和更新策略/185
5.7虚拟存储器/187
5.7.1虚拟存储器的基本概念/187
5.7.2段式虚拟存储器/187
5.7.3页式虚拟存储器/188
5.7.4段页式虚拟存储器/189
5.7.5快表与慢表/190
本章小结/191
习题/191
第6章计算机的输入输出设备/194
6.1图形和图像的点阵表示/195
6.2键盘输入设备/196
6.3定位输入设备/197
6.3.1鼠标器/197
6.3.2轨迹球/198
6.3.3触摸板/198
6.4扫描仪/198
6.4.1扫描仪的工作原理/198
6.4.2扫描仪的性能指标/199
6.5显示器/199
6.5.1CRT显示器/200
6.5.2液晶显示器/202
6.6打印机/203
6.6.1针式打印机/203
6.6.2喷墨打印机/205
6.6.3激光打印机/206
6.7汉字输入/206
本章小结/208
习题/208
第7章计算机的输入输出系统/210
7.1概述/210
7.2计算机总线/212
7.2.1总线类型/212
7.2.2总线判优与仲裁/213
7.2.3总线通信控制/216
7.2.4总线的标准化和性能指标/218
7.2.5总线举例/219
7.3输入输出接口/222
7.3.1接口的功能与组成/222
7.3.2接口的分类/224
7.3.3串行接口的通信协议/224
7.4程序直接控制的输入输出方式/226
7.5程序中断输入输出方式/228
7.5.1中断的基本概念/228
7.5.2中断请求与判优/229
7.5.3中断响应与中断处理/232
7.5.4多重中断中的现场保存与恢复/234
7.6DMA输入输出方式/235
7.6.1基本概念/235
7.6.2DMA接口/237
7.6.3DMA的工作方式/238
7.6.4DMA的数据传送过程/238
7.7*通道控制与外围处理机控制方式/239
7.8*可编程接口电路举例——8255/240
7.9*8255的VHDL行为描述/245
本章小结/250
习题/251
附录AEDA工具 QuartusⅡ简介/253
A.1QuartusⅡ的安装与运行/254
A.1.1QuartusⅡ的首次安装/254
A.1.2申请授权文件/255
A.1.3改变Quartus Ⅱ主界面的样式/256
A.2设计流程/257
A.3项目的建立与版本管理/259
A.3.1建立一个新项目/259
A.3.2QuartusⅡ项目的版本管理/261
A.4设计的原理图描述/263
A.4.1进入原理图编辑器/263
A.4.2从元件库中调入元件符号/264
A.4.3绘制原理图/265
A.5设计的VHDL描述/266
A.5.1进入文本编辑器/267
A.5.2在文本编辑器中编辑VHDL文件/267
A.5.3发现并纠正VHDL代码中的错误/268
A.5.4保存文件/270
A.6综合和编译/270
A.6.1进入编译器/270
A.6.2发现并纠正原理图中的错误/272
A.7模拟验证/273
A.7.1使用波形编辑器绘制测试向量波形/273
A.7.2执行模拟/276
A.8层次化设计实例/278
A.8.1在原理图编辑器中实现层次化
设计/279
A.8.2VHDL设计描述与原理图混合使用的
层次化设计/281
A.9时序分析器/284
A.10调用带参数的库元件/286
A.10.1在原理图编辑器中创建一个存
储器/286
A.10.2初始化存储器的内容/291
A.10.3存储器的模拟实例/291
A.11可编程器件的物理实现/292
A.11.1引脚分配/293
A.11.2对目标器件编程/296
A.12用SignalTapⅡ实时测试FPGA中的信号
波形/298
附录B硬件描述语言VHDL简介/303
B.1VHDL的产生与发展/303
B.2用VHDL建立电路模型/304
B.2.1电路模型/304
B.2.2实体声明与结构体/306
B.2.3结构体的描述方式/307
B.2.4标识符/308
B.3面向模拟器的某些特性/309
B.3.1模拟周期/310
B.3.2延迟时间/310
B.4VHDL中的对象/311
B.5数据类型/312
B.5.1标量类型/313
B.5.2复合类型/314
B.5.3子类型/316
B.5.4文件类型/316
B.5.5类型转换/317
B.6VHDL的词法单元/318
B.6.1注释/318
B.6.2数字/319
B.6.3字符/319
B.6.4字符串/320
B.6.5位串/320
B.7属性/320
B.8表达式与运算符/323
B.9子程序——过程与函数/326
B.10程序包与设计库/328
B.10.1程序包——设计中的数据共享/328
B.10.2设计库/329
B.10.3VHDL中名字的可见性/330
B.10.4library语句和use语句/331
B.11行为描述/332
B.11.1进程语句/332
B.11.2行为模型的顺序性/333
B.11.3行为模型的并行性/340
B.12结构描述/344
B.12.1端口的基本特征/345
B.12.2元件例化语句/346
B.12.3配置指定/347
B.12.4规则结构/348
B.12.5无连接端口/349
B.13重载/349
B.14VHDL保留字和预定义程序包/351
B.14.1VHDL保留字/351
B.14.2标准程序包STANDARD/352
B.14.3IEEE多值逻辑系统程序包
std_logic_1164/359
参考文献/362
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