計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1計算機(jī)系統(tǒng)概述 1
1.1計算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 1
1.1.1馮·諾依曼計算機(jī)結(jié)構(gòu) 1
1.1.2現(xiàn)代計算機(jī)結(jié)構(gòu) 2
1.1.3計算機(jī)硬件的典型結(jié)構(gòu) 3
1.1.4計算機(jī)各大功能部件簡介 6
1.2計算機(jī)的工作過程 9
1.3計算機(jī)的軟件系統(tǒng) 11
1.4計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 12
1.4.1計算機(jī)的層次結(jié)構(gòu) 12
1.4.2軟件與硬件的邏輯等價性 14
1.5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的評價標(biāo)準(zhǔn) 14
1.5.1計算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo) 14
1.5.2計算機(jī)的成本與價格 15
習(xí)題 16
2計算機(jī)邏輯部件 17
2.1寄存器 17
2.1.1基本寄存器 17
2.1.2移位寄存器 18
2.1.3常用寄存器 19
2.2計數(shù)器 20
2.2.1二進(jìn)制計數(shù)器 20
2.2.2非二進(jìn)制計數(shù)器 23
2.2.3典型計數(shù)器舉例 25
2.3編碼器和譯碼器 25
2.3.1編碼器 25
2.3.2譯碼器 27
2.3.3典型譯碼器舉例 28
2.4總線緩沖器和總線控制器 29
2.4.1三態(tài)電路 29
2.4.2總線緩沖器 30
2.4.3總線控制器 30
2.4.4微型機(jī)中的總線系統(tǒng) 30
2.5時鐘發(fā)生器 31
2.5.1時序的概念 31
2.5.2時序部件及控制方式 33
習(xí)題 35
3運算方法與運算器 36
3.1數(shù)的小數(shù)點表示方法 36
3.1.1定點數(shù)的表示方法 36
3.1.2浮點數(shù)的表示方法 36
3.2帶符號數(shù)的表示方法 37
3.2.1原碼的表示方法 38
3.2.2補(bǔ)碼的表示方法 38
3.2.3反碼的表示方法 39
3.2.4移碼的表示方法 40
3.2.5真值的四種機(jī)器數(shù)表示方法——原碼.補(bǔ)碼.反碼和移碼 40
3.3運算器 40
3.3.1半加器與全加器 40
3.3.2串行加法器與并行加法器 41
3.3.3算術(shù)邏輯單元（ALU） 43
3.4定點加減法運算 45
3.4.1原碼加減法 45
3.4.2補(bǔ)碼加減法 45
3.4.3溢出及判別方法 48
3.5定點乘法運算 49
3.5.1原碼一位乘法 49
3.5.2補(bǔ)碼一位乘法 52
3.5.3補(bǔ)碼二位乘法 54
3.6定點除法運算 55
3.6.1原碼一位除法 56
3.6.2補(bǔ)碼一位除法 59
3.7浮點算術(shù)運算 60
3.7.1浮點加減法運算 61
3.7.2浮點乘除法運算 62
習(xí)題 64
4存儲器系統(tǒng) 65
4.1存儲器的基本知識 65
4.1.1存儲器的分類 65
4.1.2主存儲器的基本結(jié)構(gòu) 68
4.1.3存儲器的層次結(jié)構(gòu) 71
4.2半導(dǎo)體存儲器 73
4.2.1主存儲器的主要技術(shù)指標(biāo) 73
4.2.2動態(tài)半導(dǎo)體存儲器的刷新 74
4.2.3半導(dǎo)體存儲器的組成及尋址 76
4.2.4半導(dǎo)體存儲器與CPU的連接 79
4.2.5半導(dǎo)體存儲器的設(shè)計步驟 79
4.3并行主存儲器 81
4.4高速緩沖存儲器 83
4.4.1高速緩沖存儲器的基本結(jié)構(gòu) 83
4.4.2高速緩沖存儲器的讀寫操作 85
4.4.3替換算法 85
4.5虛擬存儲器 86
4.5.1頁式虛擬存儲器 86
4.5.2段式虛擬存儲器 88
4.5.3段頁式虛擬存儲器 89
4.6存儲保護(hù) 89
4.6.1存儲區(qū)域保護(hù) 89
4.6.2訪問方式保護(hù) 91
習(xí)題 91
5指令系統(tǒng) 94
5.1指令系統(tǒng) 94
5.1.1指令系統(tǒng)的發(fā)展 94
5.1.2對指令系統(tǒng)的要求 95
5.2指令格式 95
5.2.1指令格式 96
5.2.2操作碼的編碼 98
5.3尋址方式 99
5.3.1隱含尋址 99
5.3.2立即尋址 100
5.3.3直接尋址 100
5.3.4寄存器尋址 100
5.3.5間接尋址 100
5.3.6變址尋址 101
5.3.7相對尋址 102
5.3.8基址尋址 102
5.4指令的分類 103
5.4.1數(shù)據(jù)傳送指令 103
5.4.2算術(shù)邏輯運算指令 103
5.4.3移位指令 104
5.4.4字符串處理指令 104
5.4.5轉(zhuǎn)移類指令 104
5.4.6堆棧及堆棧操作指令 105
5.4.7輸入/輸出（I/O）指令 106
5.4.8浮點運算指令 106
5.4.9向量與多處理機(jī)指令 106
5.4.10控制指令 107
5.5精簡指令系統(tǒng)計算機(jī)RISC 107
5.5.1CISC與RISC 107
5.5.2RISC的特點 108
習(xí)題 109
6控制器 111
6.1中央處理器的功能與組成 111
6.1.1中央處理器的功能 112
6.1.2中央處理器的結(jié)構(gòu)框圖 113
6.2控制器的功能與結(jié)構(gòu) 116
6.2.1控制器的功能 116
6.2.2控制器的結(jié)構(gòu)框圖 118
6.3時序 121
6.3.1時序控制方式 121
6.3.2多級時序的建立 123
6.3.3典型的指令周期 125
6.4微程序控制器 127
6.4.1微程序控制器的基本概念 127
6.4.2微程序控制器組成原理 128
6.4.3微程序控制器的設(shè)計技術(shù) 130
6.5組合邏輯控制器 133
6.6PLA邏輯控制器 135
6.7系統(tǒng)總線 138
6.7.1總線結(jié)構(gòu) 138
6.7.2總線的控制方式 140
6.7.3總線的通信方式 144
習(xí)題 145
7輸入輸出系統(tǒng) 146
7.1概述 146
7.1.1I/O系統(tǒng)的功能和組成 146
7.1.2輸入輸出設(shè)備的尋址方式 147
7.1.3輸入輸出指令 148
7.1.4輸入輸出接口 148
7.2主機(jī)與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送方式 149
7.2.1程序查詢方式 149
7.2.2程序中斷方式 149
7.2.3DMA輸入輸出方式 153
7.2.4通道方式 158
7.2.5不同傳送方式的比較 160
7.3外圍設(shè)備 161
7.3.1輸入設(shè)備 162
7.3.2顯示器 164
7.3.3打印機(jī) 167
7.3.4磁盤存儲器 168
習(xí)題 174
8計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 175
8.1標(biāo)量流水技術(shù) 175
8.1.1控制流及其改變 175
8.1.2標(biāo)量流水工作原理 176
8.1.3流水操作中的主要障礙 180
8.1.4流水的實現(xiàn)與控制 183
8.1.5先進(jìn)的流水技術(shù) 198
8.2向量流水處理 204
8.2.1向量流水處理 204
8.2.2向量流水機(jī)的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 204
8.2.3向量操作長度控制和向量訪問步長 212
8.2.4向量處理方法 215
8.2.5增強(qiáng)向量處理性能的方法 216
8.2.6向量處理性能 220
8.2.7向量化編譯技術(shù) 221
8.3并行處理與多處理機(jī)系統(tǒng) 222
8.3.1并行性的概念 222
8.3.2并行處理機(jī) 223
8.3.3多處理機(jī)系統(tǒng) 226
習(xí)題 238
9計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向 244
9.1數(shù)據(jù)流計算機(jī) 244
9.1.1數(shù)據(jù)流計算機(jī)的基本原理 244
9.1.2數(shù)據(jù)流圖與數(shù)據(jù)流程序 248
9.1.3數(shù)據(jù)流計算機(jī)分類 253
9.1.4數(shù)據(jù)流計算機(jī)的性能分析 257
9.2數(shù)據(jù)庫機(jī)與知識庫機(jī) 260
9.2.1數(shù)據(jù)庫機(jī)與知識庫機(jī)模型 260
9.2.2數(shù)據(jù)庫機(jī)與知識庫機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 262
9.2.3典型的數(shù)據(jù)庫機(jī)與知識庫機(jī) 263
9.3歸約機(jī) 266
9.3.1函數(shù)式語言 266
9.3.2歸約機(jī)的結(jié)構(gòu)特點 268
9.3.3歸約機(jī)分類 270
習(xí)題 272