计算机组成原理与系统结构

前言

教学建议

第1章　计算机组成与系统结构概述

1．1　计算机系统的概念

1．1．1　计算机的产生与发展

1．1．2　计算机的应用

1．1．3　计算机系统结构、计算机组成、计算机实现

1．2　计算机系统的层次结构

1．3　计算机系统组成

1．4　计算机系统结构的分类

1．4．1　弗林分类法

1．4．2　冯氏分类法

1．4．3　海德勒分类法

1．5　计算机系统结构的评价

1．5．1　系统运行速度

1．5．2　加速比

1．5．3　CPU性能

1．5．4　性能价格比

1．6　计算机系统结构的发展

1．6．1　冯·诺伊曼机组系统结构的演变

1．6．2　软件、应用和器件对系统结构的影响

1．6．3　系统结构中并行性的发展

1．6．4　多核／众核系统结构

习题

第2章　数宇逻辑基础

2．1　计算机中常用的组合逻辑电路

2．1．1　编码器

2．1．2　译码器

2．1．3　数据选择器

2．1．4　数值比较器

2．1．5　加法器

2．2　时序逻辑电路

2．2．1　常用时序逻辑电路

2．2．2　时序逻辑电路分析

2．2．3　时序逻辑电路设计

2．3　阵列逻辑电路

2．3．1　阵列逻辑电路基础

2．3．2　复杂可编程逻辑器件与现场可编程门阵列

2．4　VHDL

2．4．1　VHDL概述

2．4．2　VHDL基本规范

2．4．3　VHDL语言的描述语句

2．4．4　VHDL语言结构体的描述方法

习题

第3章　运算方法与运算器

3．1　计算机中数据的表示与数制之间的转换

3．1．1　计算机中数的表示方法与转换

3．1．2　十进制数的编码与运算

3．2　机器数的编码表示及加减运算

3．2．1　机器数的编码表示

3．2．2　定点数加减运算

3．2．3　定点数加减运算溢出的处理

3．3　二进制乘除法运算

3．3．1　二进制乘法运算

3．3．2　二进制除法运算

3．4　浮点数的运算方法

3．4．1　浮点数的加减法运算

3．4．2　浮点数的乘除法运算

3．5　浮点数设计

3．5．1　浮点数表示格式

3．5．2　浮点数表示范围

3．5．3　浮点数的表示精度

3．5．4　浮点数的表示效率

3．5．5　浮点数尾数的下溢处理方法

3．6　数据校验码

3．6．1　奇偶校验码

3．6．2　海明校验码

3．6．3　循环冗余校验码

3．7　用VHDL实现8位ALU

3．7．1　设计分析

3．7．2　设计实例

习题

第4章　指令系统

4．1　引言

4．1．1　传统计算机指令系统的设计技术

4．1．2　指令系统发展的两种途径：C1SC，RISC

4．2　指令格式

4．2．1　指令字长度

4．2．2　操作码

4．2．3　地址码

4．3　寻址技术

4．3．1　指令寻址方式

4．3．2　操作数寻址方式

4．4　典型的指令系统

4．4．1　指令的分类

4．4．2　精简指令系统

4．5　指令系统的优化设计

4．5．1　操作码的优化设计

4．5．2　地址码的优化设计

习题

第5章　控制器组成原理

5．1　控制器的基本功能及结构

5．1．1　控制器的功能

5．1．2　控制器的组成

5．2　指令的执行过程

5．2．1　时序系统

5．2．2　指令的执行过程

5．2．3　指令的执行过程举例

5．3　硬布线控制器的组成原理与实现方法

5．3．1　硬布线控制器的组成原理

5．3．2　硬布线控制器设计实例

5．4　微程序控制器的组成原理与实现方法

5．4．1　微程序控制器的基本原理

5．4．2　微程序设计的技术问题

5．4．3　微程序控制器设计实例

5．4．4　运用VHDL设计简单的微程序控制器实例

5．5　控制器的控制方式

5．5．1　同步控制方式

5．5．2　异步控制方式

5．5．3　混合控制方式

习题

第6章　主存储器与存储系统

6．1　存储器分类

6．2　主存储器的主要技术指标

6．3　读写存储器

6．3．1　静态RAM

6．3．2　动态RAM

6．4　非易失性半导体存储器

6．4．1　只读存储器

6．4．2　可编程只读存储器

6．4．3　可擦除可编程只读存储器

6．4．4　电可擦除可编程只读存储器

6．4．5　快速擦写存储器

6．4．6　其他几种新型存储器

6．5　主存储器容量的扩展

6．5．1　位扩展

6．5．2　字扩展

6．5．3　字位扩展

6．6　相联存储器

6．7　存储系统与并行存储器

6．7．1　存储系统的概念

6．7．2　增加存储器的数据宽度

6．7．3　多体交叉存储技术

6．8　高速缓冲器Cache

6．8．1　Cache的工作原理

6．8．2　Cache的地址映像与地址变换

6．8．3　替换算法

6．8．4　Cache的加速比

6．9　虚拟存储器原理

6．9．1　虚拟存储器的工作原理

6．9．2　地址映像与变换

6．9．3　页面替换算法及其实现

6．9．4　虚拟存储器实例

习题

第7章　辅助存储器

7．1　硬盘存储设备

7．1．1　磁记录原理与记录方式

7．1．2　硬盘的基本组成和分类

7．1．3　硬盘驱动器和硬盘控制器

7．1．4　硬盘的主要技术指标

7．2　RAID

7．2．1　RAID O级

7．2．2　RAID 1级

7．2．3　RAID 2级

7．2．4　RAID 3级

7．2．5　RAID 4级

7．2．6　RAID 5级

7．3　激光存储设备

7．3．1　光盘存储器的种类

7．3．2　光盘的读写原理

7．3．3　光盘驱动器及接口

习题

第8章　输入输出设备及系统

8．1　输入输出设备概述

8．1．1　输入输出设备的作用

8．1．2　输入输出设备的分类

8．2　显示设备

8．2．1　显示设备的概念与分类

8．2．2　CRT显示器

8．2．3　字符／图形显示设备

8．2．4　图像显示设备

8．2．5　液晶显示器

8．3　输入设备

8．3．1　图形输入设备

8．3．2　图像输入设备

8．3．3　语音输入设备

8．4　打印设备

8．4．1　打印设备的分类

8．4．2　点阵针式打印机

8．4．3　激光打印机

8．5　输入输出系统

8．5．1　输入输出系统概述

8．5．2　程序查询方式

8．5．3　程序中断方式

8．5．4　DMA方式

8．5．5　通道与外围处理器方式

8．5．6　通道的流量分析

8．6　总线

8．6．1　总线的概念

8．6．2　总线的连接方式

8．6．3　总线的内部结构

8．6．4　总线仲裁

8．6．5　几种常用的总线结构

习题

第9章　高性能计算机体系结构

9．1　先行控制技术

9．1．1　重叠控制与先行控制

9．1．2　先行控制方式中处理器的结构

9．1．3　先行控制方式中缓冲深度的设计

9．1．4　数据相关

9．1．5　控制相关

9．2　流水线工作原理

9．2．1　流水线的工作原理及定义

9．2．2　流水线的分类

9．3　流水线性能分析

9．3．1　线性流水线的性能分析

9．3．2　线性流水线的性能分析举例

9．3．3　非线性流水线的调度技术简介

9．4　其他结构的高性能处理器

9．4．1　超标量处理器

9．4．2　超流水线处理器

9．4．3　超标量超流水线处理器

9．4．4　超长指令字技术

习题

参考文献

《高等院校计算机教材系列·计算机组成原理与系统设计》以计算机组成原理为主，兼顾了计算机系统结构的主要内容。全书共包含9章：第1章简述计算机系统中的概念；第2章讲述构成计算机硬件的基本逻辑电路基础；第3章介绍运算方法和运算器的实现；第4、5章描述处理器内部实现原理，包括指令系统的设计及其优化、控制器的基本组成与功能、组合逻辑控制器的组成原理与实现方法、微程序控制器的组成原理与实现方法等；第6、7章讲述存储系统的构成原理等；第8章讲述输入输出设备原理；第9章重点是计算机系统结构的内容，包括先行控制技术、流水线处理技术、超标量处理器、超流水线处理器等。