計算機組成原理教程（第7版）

目錄
第1章計算機系統(tǒng)概述1
1.1計算工具的進步軌跡1
1.1.1神奇的算盤和算籌——軟件與硬件的起源1
1.1.2提花機的啟示與巴貝奇分析機——內(nèi)程序計算機的最早實踐5
1.1.3帕斯卡加法器——內(nèi)動力計算機的嘗試7
1.1.4從八卦圖到布爾代數(shù)——電子數(shù)字計算機的理論基礎(chǔ)11
1.1.5諾依曼電子數(shù)字計算機體系的確立19
1.1.6操作系統(tǒng)——計算機的自我管理22
1.1.7現(xiàn)代計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)25
1.1.8自動計算機理論的再討論27
1.20、1編碼27
1.2.1數(shù)字系統(tǒng)中的信息單位與量級27
1.2.2十進制數(shù)與二進制數(shù)的轉(zhuǎn)換28
1.2.3八進制、十六進制和BCD碼30
1.2.4原碼、反碼、補碼和移碼31
1.2.5浮點數(shù)與定點數(shù)34
1.2.6聲音的0、1編碼36
1.2.7圖形圖像的0、1編碼37
1.2.8文字的0、1編碼39
1.2.9指令的0、1編碼與計算機程序設(shè)計語言43
1.2.10數(shù)據(jù)傳輸中的差錯檢驗44
1.3電子數(shù)字計算機的基本原理48
1.3.1電子數(shù)字計算機的運算器48
1.3.2計算機存儲器50
1.3.3計算機控制器54
1.3.4總線56
1.3.5計算機中的時序控制57
1.4馮·諾依曼計算機體系的改進59
1.4.1馮·諾依曼瓶頸59
1.4.2并行與共享60
1.4.3哈佛結(jié)構(gòu)63
1.4.4擬態(tài)計算機64
1.5計算機性能評測64
1.5.1計算機的主要性能指標64
1.5.2計算機性能測試工具69
1.5.3天梯圖71
習題74
第2章存儲系統(tǒng)77
2.1主存儲器概述77
2.1.1ROM元件77
2.1.2RAM元件與存儲結(jié)構(gòu)79
2.1.3DRAM元件與基本存儲結(jié)構(gòu)82
2.2主存儲體組織85
2.2.1內(nèi)存條結(jié)構(gòu)85
2.2.2存儲體的基本擴展方式87
2.2.3Bank89
2.2.4并行存儲器90
2.2.5并行處理機的主存儲器93
2.3DRAM內(nèi)部操作與性能參數(shù)94
2.3.1SDRAM的主要引腳94
2.3.2SDRAM的讀寫時序95
2.3.3突發(fā)傳輸97
2.3.4數(shù)據(jù)掩碼98
2.3.5DRAM的動態(tài)刷新99
2.3.6芯片初始化與預(yù)充電102
2.3.7存儲器控制器104
2.3.8RAM的一般性能參數(shù)104
2.3.9DDR SDRAM與RDRAM107
2.4磁盤存儲器109
2.4.1磁表面存儲原理109
2.4.2硬磁盤存儲器的存儲結(jié)構(gòu)111
2.4.3磁盤格式化112
2.4.4硬磁盤存儲器與主機的連接115
2.4.5硬磁盤存儲器的技術(shù)參數(shù)118
2.4.6磁盤陣列120
2.5光盤存儲器123
2.5.1光盤的技術(shù)特點與類型123
2.5.2可擦寫型光盤讀寫原理124
2.5.3光盤規(guī)格124
2.6閃速存儲器127
2.6.1閃存原理128
2.6.2固態(tài)硬盤128
2.7存儲體系131
2.7.1多級存儲體系的建立131
2.7.2多級存儲體系的性能參數(shù)132
2.7.3Cache主存機制133
2.7.4虛擬存儲器138
2.8未來記憶元件141
2.8.1磁隨機存取存儲器141
2.8.2鐵電隨機存取存儲器142
2.8.3相變隨機存取存儲器143
2.8.4阻變隨機存取存儲器144
習題145
第3章總線與主板148
3.1總線的概念148
3.1.1總線及其規(guī)范148
3.1.2總線分類149
3.1.3總線的性能指標152
3.1.4標準總線153
3.2總線工作原理154
3.2.1總線的組成與基本傳輸過程154
3.2.2總線的爭用與仲裁155
3.2.3總線通信中主從之間的時序控制157
3.3幾種標準系統(tǒng)總線分析161
3.3.1ISA總線161
3.3.2PCI總線163
3.3.3AGP總線166
3.3.4PCIExpress總線 168
3.4幾種標準I/O總線分析169
3.4.1ATA與SATA總線 169
3.4.2SCSI與SAS總線171
3.4.3USB總線174
3.4.4光纖總線178
3.4.5AMR和CNR178
3.5微型計算機主板179
3.5.1主板的概念179
3.5.2主板的組成180
3.5.3主板架構(gòu)及其進展185
3.5.4主板選擇參數(shù)188
3.5.5主板整合技術(shù)191
3.5.6智慧型主板技術(shù)191
習題193
第4章輸入輸出系統(tǒng)195
4.1外圍設(shè)備195
4.1.1外部設(shè)備及其發(fā)展195
4.1.2鍵盤198
4.1.3鼠標201
4.1.4打印設(shè)備202
4.1.5顯示器210
4.1.6觸摸屏220
4.1.7虛擬現(xiàn)實設(shè)備223
4.2I/O過程的程序直接控制225
4.2.1I/O過程的程序無條件傳送控制方式225
4.2.2I/O過程的程序查詢傳送方式225
4.3I/O過程的程序中斷控制227
4.3.1程序中斷控制的核心概念227
4.3.2中斷關(guān)鍵技術(shù)230
4.3.3中斷接口234
4.3.4多重中斷235
4.4I/O數(shù)據(jù)傳送的DMA控制236
4.4.1DMA的基本概念236
4.4.2DMA與CPU共享存儲器沖突的解決方案237
4.4.3DMA控制器239
4.4.4DMA傳送過程240
4.4.5DMA與中斷方式比較241
4.5I/O過程的通道控制242
4.5.1通道控制及其特點242
4.5.2通道控制原理244
4.5.3通道類型246
4.6I/O接口247
4.6.1影響I/O設(shè)備與計算機連接的主要因素248
4.6.2I/O接口的功能與類型249
4.6.3I/O接口結(jié)構(gòu)250
4.6.4緩沖251
4.6.5I/O端口252
4.7I/O設(shè)備適配器253
4.7.1顯卡254
4.7.2聲卡256
4.7.3網(wǎng)卡259
4.8I/O管理261
4.8.1設(shè)備驅(qū)動程序261
4.8.2ROM BIOS262
習題265
第5章控制器邏輯268
5.1處理器的外特性——指令系統(tǒng)268
5.1.1指令系統(tǒng)與匯編語言概述268
5.1.2尋址方式271
5.1.3Intel 8086指令簡介276
5.1.4CISC與RISC283
5.1.5指令系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容287
5.2組合邏輯控制器287
5.2.1指令的微操作分析288
5.2.2指令的時序控制與時序部件290
5.2.3組合邏輯控制器設(shè)計舉例292
5.3微程序控制器295
5.3.1概述295
5.3.2微程序操作控制部件的組成295
5.3.3微程序操作控制部件設(shè)計舉例296
習題299
第6章處理器架構(gòu)302
6.1流水線技術(shù)302
6.1.1指令流水線302
6.1.2運算流水線304
6.1.3流水線中的相關(guān)沖突305
6.1.4流水線中的多發(fā)射技術(shù)307
6.1.5Pentium CPU309
6.1.6流水線向量處理機312
6.2多處理器系統(tǒng)316
6.2.1多計算機系統(tǒng)與多處理器系統(tǒng)316
6.2.2SMP架構(gòu)317
6.2.3多處理器操作系統(tǒng)319
6.3多線程處理器320
6.3.1多線程處理器架構(gòu)的提出320
6.3.2同時多線程技術(shù)322
6.3.3超線程處理器324
6.4多核處理器327
6.4.1多核處理器及其特點327
6.4.2多核+ 多線程——CMT技術(shù)329
6.5關(guān)于處理器并行性開發(fā)的討論329
6.5.1并行性及其級別329
6.5.2基于并行性的處理器體系Flynn分類331
6.5.3處理器并行性開發(fā)的思路與途徑333
習題334
第7章未來計算機展望337
7.1非馮·諾依曼體系計算機的探索337
7.1.1數(shù)據(jù)流計算機337
7.1.2歸約機339
7.1.3智能計算機341
7.1.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機343
7.2未來計算機元器件展望349
7.2.1摩爾定律及其影響349
7.2.2突破傳統(tǒng)微電子工藝的努力351
7.2.3納米電子器件353
7.2.4量子計算機356
7.2.5光學計算機358
7.2.6超導(dǎo)技術(shù)359
7.2.7生物計算機360
習題363
附錄A國內(nèi)外常用二進制邏輯元件圖形符號對照圖364
參考文獻366