計(jì)算機(jī)組成原理（第4版）

目錄CONTENTS
第1章概論1
1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制1
1.1.1電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展1
1.1.2存儲(chǔ)程序概念2
1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成3
1.2.1計(jì)算機(jī)的主要部件3
1.2.2計(jì)算機(jī)各大部件之間連接4
1.2.3不同對(duì)象觀察到的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)5
1.2.4馮·諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)思想7
1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)9
1.3.1硬件與軟件的關(guān)系9
1.3.2系列機(jī)和軟件兼容9
1.3.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)10
1.3.4實(shí)際機(jī)器和虛擬機(jī)器11
1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)11
1.4.1計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程11
1.4.2計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)12
習(xí)題14
第2章數(shù)據(jù)的機(jī)器層次表示15
2.1數(shù)值數(shù)據(jù)的表示15
2.1.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)值數(shù)據(jù)15
2.1.2無(wú)符號(hào)數(shù)和帶符號(hào)數(shù)15
2.1.3原碼表示法16
2.1.4補(bǔ)碼表示法17
2.1.5反碼表示法18
2.1.63種機(jī)器數(shù)的比較與轉(zhuǎn)換19
2.2機(jī)器數(shù)的定點(diǎn)表示與浮點(diǎn)表示20
2.2.1定點(diǎn)表示法20
2.2.2浮點(diǎn)表示法22
2.2.3浮點(diǎn)數(shù)階碼的移碼表示法24
2.2.4浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)的基數(shù)25
2.2.5IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)數(shù)26
2.2.6定點(diǎn)、浮點(diǎn)表示法與定點(diǎn)、浮點(diǎn)計(jì)算機(jī)28
2.3非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示29
2.3.1字符和字符串的表示29
2.3.2漢字的表示30
2.3.3統(tǒng)一代碼33
2.4十進(jìn)制數(shù)和數(shù)串的表示34
2.4.1十進(jìn)制數(shù)的編碼34
2.4.2十進(jìn)制數(shù)串35
2.5不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)表示舉例36
2.5.1C語(yǔ)言中的數(shù)據(jù)表示36
2.5.2現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)表示38
2.6數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼39
2.6.1奇偶校驗(yàn)碼40
2.6.2漢明校驗(yàn)碼42
2.6.3循環(huán)冗余校驗(yàn)碼45
習(xí)題46
目錄計(jì)算機(jī)組成原理(第4版)第3章指令系統(tǒng)49
3.1指令格式49
3.1.1機(jī)器指令的基本格式49
3.1.2地址碼結(jié)構(gòu)50
3.1.3指令的操作碼52
3.2尋址技術(shù)54
3.2.1編址方式54
3.2.2指令尋址和數(shù)據(jù)尋址55
3.2.3基本的數(shù)據(jù)尋址方式56
3.2.4變型或組合尋址方式61
3.3堆棧與堆棧操作63
3.3.1堆棧結(jié)構(gòu)63
3.3.2堆棧操作65
3.4指令類(lèi)型65
3.4.1數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令65
3.4.2運(yùn)算類(lèi)指令66
3.4.3程序控制類(lèi)指令67
3.4.4輸入輸出類(lèi)指令69
3.4.580x86指令系統(tǒng)舉例70
3.5指令系統(tǒng)的發(fā)展72
3.5.1x86架構(gòu)的擴(kuò)展指令集72
3.5.2從復(fù)雜指令系統(tǒng)到精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)74
3.5.3VLIW和EPIC74
習(xí)題76
第4章數(shù)值的機(jī)器運(yùn)算79
4.1基本算術(shù)運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)79
4.1.1加法器79
4.1.2進(jìn)位的產(chǎn)生和傳遞80
4.1.3并行加法器的快速進(jìn)位81
4.2定點(diǎn)加減運(yùn)算83
4.2.1原碼加減運(yùn)算83
4.2.2補(bǔ)碼加減運(yùn)算84
4.2.3補(bǔ)碼的溢出判斷與檢測(cè)方法86
4.2.4補(bǔ)碼定點(diǎn)加減運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)88
4.3帶符號(hào)數(shù)的移位和舍入操作89
4.3.1帶符號(hào)數(shù)的移位操作89
4.3.2帶符號(hào)數(shù)的舍入操作90
4.4定點(diǎn)乘法運(yùn)算91
4.4.1原碼一位乘法91
4.4.2補(bǔ)碼一位乘法93
4.4.3補(bǔ)碼兩位乘法96
4.4.4陣列乘法器98
4.5定點(diǎn)除法運(yùn)算99
4.5.1原碼除法運(yùn)算99
4.5.2補(bǔ)碼除法運(yùn)算102
4.5.3陣列除法器105
4.6規(guī)格化浮點(diǎn)運(yùn)算106
4.6.1浮點(diǎn)加減運(yùn)算106
4.6.2浮點(diǎn)乘除運(yùn)算108
4.6.3浮點(diǎn)運(yùn)算器的實(shí)現(xiàn)110
4.7十進(jìn)制整數(shù)的加法運(yùn)算110
4.7.1一位十進(jìn)制加法運(yùn)算110
4.7.2十進(jìn)制加法器112
4.7.3多位十進(jìn)制加法113
4.8邏輯運(yùn)算與實(shí)現(xiàn)114
4.9運(yùn)算器的基本組成與實(shí)例115
4.9.1運(yùn)算器結(jié)構(gòu)115
4.9.2ALU舉例117
4.9.3浮點(diǎn)運(yùn)算器舉例119
習(xí)題121
第5章存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)123
5.1存儲(chǔ)系統(tǒng)的組成123
5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)123
5.1.2存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)125
5.2主存儲(chǔ)器的組織126
5.2.1主存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)126
5.2.2主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元127
5.2.3主存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)128
5.2.4數(shù)據(jù)在主存中的存放129
5.3半導(dǎo)體隨機(jī)存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器130
5.3.1RAM記憶單元電路130
5.3.2動(dòng)態(tài)RAM的刷新133
5.3.3RAM芯片分析135
5.3.4半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器138
5.3.5半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的封裝139
5.4主存儲(chǔ)器的連接與控制140
5.4.1主存容量的擴(kuò)展140
5.4.2存儲(chǔ)芯片的地址分配和片選143
5.4.3主存儲(chǔ)器和CPU的連接145
5.4.4主存的校驗(yàn)146
5.4.5PC系列微型計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器接口147
5.5提高主存讀寫(xiě)速度的技術(shù)150
5.5.1主存與CPU速度的匹配150
5.5.2FPM DRAM151
5.5.3EDO DRAM151
5.5.4SDRAM152
5.5.5DDR SDRAM152
5.5.6DDR2、DDR3、DDR4和DDR5 SDRAM153
5.5.7Rambus DRAM154
5.5.8多通道內(nèi)存技術(shù)155
5.6多體交叉存儲(chǔ)技術(shù)156
5.6.1并行訪問(wèn)存儲(chǔ)器156
5.6.2交叉訪問(wèn)存儲(chǔ)器157
5.7高速緩沖存儲(chǔ)器158
5.7.1高速緩存工作原理158
5.7.2Cache的讀寫(xiě)操作159
5.7.3地址映像159
5.7.4替換算法161
5.7.5更新策略161
5.7.6微機(jī)中Cache技術(shù)的實(shí)現(xiàn)162
5.8虛擬存儲(chǔ)器163
5.8.1虛擬存儲(chǔ)器的基本概念163
5.8.2頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器164
5.8.3段式虛擬存儲(chǔ)器164
5.8.4段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器165
5.8.5快表與慢表166
習(xí)題166
第6章中央處理器169
6.1中央處理器的功能和組成169
6.1.1CPU的功能169
6.1.2CPU中的主要寄存器169
6.1.3CPU的組成171
6.1.4CPU的主要技術(shù)參數(shù)172
6.2控制器的組成和實(shí)現(xiàn)方法176
6.2.1控制器的基本組成176
6.2.2控制器的硬件實(shí)現(xiàn)方法177
6.3時(shí)序系統(tǒng)與控制方式178
6.3.1時(shí)序系統(tǒng)178
6.3.2控制方式180
6.3.3指令運(yùn)行的基本過(guò)程181
6.3.4指令的微操作序列183
6.4微程序控制原理184
6.4.1微程序控制的基本概念185
6.4.2微指令編碼法186
6.4.3微程序控制器的組成和工作過(guò)程188
6.4.4微程序入口地址的形成189
6.4.5后繼微地址的形成190
6.4.6微程序設(shè)計(jì)191
6.5控制單元的設(shè)計(jì)193
6.5.1簡(jiǎn)單的CPU模型193
6.5.2組合邏輯控制單元設(shè)計(jì)196
6.5.3微程序控制單元設(shè)計(jì)200
6.6流水線技術(shù)202
6.6.1重疊控制203
6.6.2先行控制原理204
6.6.3流水工作原理205
6.7精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)207
6.7.1RISC的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)207
6.7.2RISC基本技術(shù)209
6.8微處理器中的新技術(shù)209
6.8.1超標(biāo)量和超流水線技術(shù)209
6.8.2EPIC的指令級(jí)并行處理210
6.8.3超線程技術(shù)210
6.8.4雙核與多核技術(shù)211
6.8.5睿頻加速技術(shù)213
習(xí)題214
第7章總線217
7.1總線概述217
7.1.1總線的基本概念217
7.1.2總線的分類(lèi)218
7.1.3總線的組成及性能指標(biāo)219
7.2總線仲裁221
7.2.1集中仲裁方式221
7.2.2分布仲裁方式223
7.3總線定時(shí)控制223
7.3.1同步定時(shí)方式223
7.3.2異步定時(shí)方式224
7.4總線標(biāo)準(zhǔn)224
7.4.1系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)225
7.4.2外部總線標(biāo)準(zhǔn)227
習(xí)題230
第8章外部設(shè)備231
8.1外部設(shè)備概述231
8.1.1外部設(shè)備的分類(lèi)231
8.1.2外部設(shè)備的地位和作用232
8.2磁介質(zhì)存儲(chǔ)器的性能和原理233
8.2.1磁介質(zhì)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)233
8.2.2磁介質(zhì)存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)234
8.2.3數(shù)字磁記錄方式235
8.2.4編碼方式的比較238
8.3磁介質(zhì)存儲(chǔ)設(shè)備239
8.3.1硬盤(pán)存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)與分類(lèi)239
8.3.2硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器239
8.3.3硬盤(pán)的信息分布和磁盤(pán)地址240
8.3.4硬盤(pán)存儲(chǔ)器的技術(shù)參數(shù)241
8.3.5硬盤(pán)的分區(qū)域記錄244
8.3.6硬盤(pán)的NCQ技術(shù)245
8.4磁盤(pán)陣列245
8.4.1RAID簡(jiǎn)介245
8.4.2RAID的分級(jí)246
8.5光盤(pán)存儲(chǔ)器247
8.5.1光盤(pán)存儲(chǔ)器的類(lèi)型248
8.5.2光盤(pán)存儲(chǔ)器的組成及工作原理248
8.5.3光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器252
8.6新型輔助存儲(chǔ)器253
8.6.1基于磁或磁光介質(zhì)的可移動(dòng)存儲(chǔ)器253
8.6.2基于電子器件的存儲(chǔ)器255
8.7鍵盤(pán)輸入設(shè)備258
8.7.1鍵開(kāi)關(guān)與鍵盤(pán)類(lèi)型258
8.7.2鍵盤(pán)掃描258
8.7.3微型計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)260
8.8其他輸入設(shè)備262
8.8.1鼠標(biāo)器262
8.8.2其他定位設(shè)備263
8.8.3掃描儀264
8.9打印輸出設(shè)備265
8.9.1打印機(jī)概述266
8.9.2打印機(jī)的主要性能指標(biāo)266
8.9.3針式打印機(jī)工作原理267
8.9.4噴墨打印機(jī)工作原理269
8.9.5激光打印機(jī)工作原理270
8.10顯示設(shè)備271
8.10.1顯示器概述271
8.10.2CRT顯示器271
8.10.3字符顯示器的工作原理275
8.10.4圖形顯示器的工作原理277
8.10.5LCD顯示器279
8.10.6視頻顯示標(biāo)準(zhǔn)281
8.10.7微型計(jì)算機(jī)的顯示適配器282
習(xí)題283
第9章輸入輸出系統(tǒng)286
9.1主機(jī)與外設(shè)的連接286
9.1.1輸入輸出接口286
9.1.2接口的功能和基本組成287
9.1.3外設(shè)的識(shí)別與端口尋址289
9.1.4輸入輸出信息傳送控制方式290
9.2程序查詢(xún)方式及其接口291
9.2.1程序查詢(xún)方式292
9.2.2程序查詢(xún)方式接口293
9.3中斷系統(tǒng)和程序中斷方式295
9.3.1中斷的基本概念295
9.3.2中斷請(qǐng)求和中斷判優(yōu)297
9.3.3中斷響應(yīng)和中斷處理300
9.3.4多重中斷與中斷屏蔽303
9.3.5中斷全過(guò)程307
9.3.6程序中斷接口結(jié)構(gòu)307
9.4DMA方式及其接口308
9.4.1DMA方式的基本概念308
9.4.2DMA接口310
9.4.3DMA傳送方法與傳送過(guò)程312
9.5通道控制方式314
9.5.1通道的基本概念314
9.5.2通道的類(lèi)型與結(jié)構(gòu)315
9.5.3通道程序317
9.5.4通道工作過(guò)程320
習(xí)題320
索引323
參考文獻(xiàn)333