计算机存储与外设

　　本书共4章。第1章介绍了计算机的Cache和虚拟存储，第2章和第3章涵盖从静态半导体存储器到磁盘和光存储的各种存储技术第4章首先介绍将信息送入计算机和从计算机中取出的技术，然后描述一些支持多媒体系统的现代高速接口。

　　作 者 简 介Computer Organization and Architecture： Themes and VariationsAlan Clements出生于英格兰兰开夏郡，在苏克赛斯大学（University of Sussex）学习电子学。1976年，当微处理器刚出现的时候，他在拉夫堡大学（Loughborough University）研究数字数据传输均衡器并获得博士学位。通过用微处理器解决均衡问题，他对计算机设计产生了兴趣并加入提赛德大学（University of Teesside）计算机科学系。20世纪70年代，有关微处理器设计实践的文献非常少，他出版了这一领域的第一本书。该书反响非常好，他又撰写了两本重要教材。《计算机硬件原理》（The Principles of Computer）是一本本科生教材，全面地介绍了计算机硬件，其内容涵盖了从布尔代数到测量转速的外设等各个方面。为鼓励学生对计算机体系结构感兴趣，该书采用一种对学生友好的风格撰写。20世纪80年代，Alan撰写了有关微处理器系统设计的权威教材，介绍了设计一款微处理器的全部阶段，并提供大量实际电路，弥合了学术与实践之间的巨大鸿沟。由于Alan在微处理器设计方面的贡献，1993年摩托罗拉授予Alan提赛德大学终身教授。多年以来，Alan对计算机体系结构教学中的问题越来越感兴趣，越来越多地参与到计算机科学的教育活动中。2001年，他担任了计算机学会国际学生竞赛主席（CSIDC），并于同年获得英国国家教学奖，这是英国高等教育的高奖项。Alan积极参加工程教育的前沿会议，并担任两本刊物的计算机科学教育专刊的客座编辑。Alan在IEEE计算机学会（CS）担任了多个职务，包括CS出版社主编，CS第二副主席，教育活动委员会主席等。他还担任了伊拉克利翁和科罗拉多州立大学的客座教授。Alan积极参加学科课程体系设计，撰写了关于未来计算机体系结构教育的论文，参加了CS/ACM 2001计算课程体系项目。他为欧盟、英国政府、日立公司和希捷公司等提供咨询工作。2007年Alan获得IEEE计算机学会泰勒布斯（Taylor Booth）教育奖。除了教学和写作之外，Alan还对摄影感兴趣，他的作品曾数次公开展出。他还是一个私人飞行员，将他对飞行和摄影的爱好结合在一起。在www.pbase.com/clements上可以找到他的摄影作品。2010年Alan Clements从全职教学岗位退休，专心于写作和拍摄。

目　　录
Computer Organization and Architecture: Themes and Variations
出版者的话
译者序
前言
本书导读
作者简介
第1章　Cache存储器和虚拟存储器 1
1.1　Cache存储器概述 4
1.1.1　Cache存储器的结构 6
1.2　Cache存储器的性能 8
1.3　Cache的组织 11
1.3.1　全相联映射Cache 11
1.3.2　直接映射Cache 15
1.3.3　组相联Cache 19
1.3.4　伪相联、Victim、Annex和Trace Cache 23
1.4　Cache设计中要考虑的因素 25
1.4.1　物理Cache和逻辑Cache 25
1.4.2　Cache电气特性 26
1.4.3　Cache一致性 26
1.4.4　块大小 27
1.4.5　取指策略 29
1.4.6　多级Cache 30
1.4.7　指令和数据Cache 32
1.4.8　写Cache 33
1.5　虚拟存储器和存储器管理 36
1.5.1　存储器管理 36
1.5.2　虚拟存储器 38
本章小结 43
习题 44
第2章　主存储器 49
2.1　简介 49
2.1.1　存储系统的原理和参数 50
2.1.2　存储层次 54
2.2　主存储器 55
2.2.1　SRAM 55
2.2.2　交叉存储器 63
2.3　DRAM 64
2.3.1　DRAM时序 68
2.3.2　DRAM技术的发展 71
2.4　只读存储器系列 77
2.4.1　EPROM系列 78
2.5　新兴的非易失性技术 84
2.5.1　铁电迟滞 86
2.5.2　MRAM——磁阻随机访问存储器 88
2.5.3　双向存储器 89
本章小结 91
习题 92
第3章　二级存储器 96
3.1　磁盘驱动器 97
3.2　磁性和数据存储 98
3.2.1　读/写头 100
3.2.2　磁记录密度的极限 101
3.2.3　磁盘数据记录原理 102
3.3　磁盘上的数据组织 109
3.3.1　磁道和扇区 110
3.3.2　磁盘参数和性能 113
3.3.3　SMART技术 118
3.4　安全存储和RAID系统 120
3.5　固态盘 126
3.6　磁带 130
3.7　光学存储技术 132
3.7.1　数字音频 132
3.7.2　从CD中读取数据 134
3.7.3　底层数据编码 138
3.7.4　可记录光盘 141
3.7.5　DVD 143
3.7.6　蓝光 145
本章小结 146
习题 146
第4章　输入/输出 149
4.1　I/O的基本原理 150
4.1.1　外围设备寄存器寻址机制 154
4.1.2　外围设备访问和总线宽度 155
4.2　数据传输 158
4.2.1　开环数据传输 158
4.2.2　闭环数据传输 159
4.2.3　缓冲数据 160
4.3　I/O策略 165
4.3.1　程序控制I/O 166
4.3.2　中断驱动I/O 167
4.3.3　直接存储器访问 174
4.4　I/O系统的性能 176
4.5　总线 177
4.5.1　总线结构和拓扑 178
4.5.2　总线的结构 179
4.6　总线仲裁 185
4.6.1　本地化仲裁和VMEbus 187
4.6.2　分布式仲裁 192
4.7　PCI和PCIe总线 196
4.7.1　PCI总线 196
4.7.2　PCIe总线 203
4.7.3　CardBus、PC卡和ExpressCard 207
4.8　SCSI和SAS接口 210
4.9　串行接口总线 215
4.9.1　以太网 216
4.9.2　FireWire 1394串行总线 218
4.9.3　USB 225
本章小结 232
习题 232
参考文献 237