計算機組成與體系結構（原書第4版）

出版者的話
譯者序
前言
第1章　緒論1
　1.1　引言1
　1.2　計算機的主要部件2
　1.3　一個實例系統：吃力地讀專業(yè)詞匯3
　1.4　標準組織12
　1.5　發(fā)展歷史13
　　1.5.1　第零代：機械計算機（1642～1945年）13
　　1.5.2　第一代：電子管計算機（1945～1953年）15
　　1.5.3　第二代：晶體管計算機（1954～1965年）18
　　1.5.4　第三代：集成電路計算機（1965～1980年）20
　　1.5.5　第四代：超大規(guī)模集成電路計算機（1980～）20
　　1.5.6　摩爾定律22
　1.6　計算機層次結構23
　1.7　云計算：計算即服務24
　1.8　馮·諾依曼模型26
　1.9　非馮·諾依曼模型28
　1.10　并行處理器和并行計算29
　1.11　并行性：機器智能的
推動者——深藍和沃森30
　本章小結32
　擴展閱讀32
　參考文獻33
　復習題34
　習題35
第2章　計算機系統中的數據表示37
　2.1　引言37
　2.2　按位計數系統37
　2.3　不同進制之間的轉換38
　　2.3.1　無符號整數的轉換38
　　2.3.2　小數的轉換40
　　2.3.3　2的冪次作為基數的計數系統之間的轉換41
　2.4　有符號整數表示42
　　2.4.1　原碼42
　　2.4.2　補碼系統45
　　2.4.3　有符號數的移碼表示49
　　2.4.4　無符號數與有符號數50
　　2.4.5　計算機、算術和布斯算法50
　　2.4.6　進位和溢出53
　　2.4.7　使用移位進行二進制乘法和除法54
　2.5　浮點數表示55
　　2.5.1　一個簡單的模型55
　　2.5.2　浮點運算57
　　2.5.3　浮點誤差58
　　2.5.4　IEEE-　754浮點標準59
　　2.5.5　表數范圍、精度和準確度60
　　2.5.6　有關浮點數的其他問題61
　2.6　字符編碼62
　　2.6.1　二進制編碼的十進制63
　　2.6.2　EBCDIC64
　　2.6.3　ASCII64
　　2.6.4　Unicode65
　2.7　錯誤檢測與糾錯67
　　2.7.1　循環(huán)冗余校驗67
　　2.7.2　漢明碼69
　　2.7.3　里德-所羅門糾錯碼74
　本章小結74
　擴展閱讀75
　參考文獻75
　復習題76
　習題76
　特別關注：數據記錄和傳輸的編碼82
第3章　布爾代數與數字邏輯88
　3.1　引言88
　3.2　布爾代數89
　　3.2.1　布爾表達式89
　　3.2.2　布爾代數的基本定律90
　　3.2.3　化簡布爾表達式91
　　3.2.4　求反92
　　3.2.5　表示布爾函數93
　3.3　邏輯門94
　　3.3.1　邏輯門符號94
　　3.3.2　通用邏輯門95
　　3.3.3　多輸入邏輯門96
　3.4　數字組件96
　　3.4.1　數字電路及其與布爾代數的關系96
　　3.4.2　集成電路97
　　3.4.3　匯總：從問題描述到電路99
　3.5　組合邏輯電路100
　　3.5.1　基本概念100
　　3.5.2　典型的組合邏輯電路示例100
　3.6　時序電路105
　　3.6.1　基本概念105
　　3.6.2　時鐘105
　　3.6.3　觸發(fā)器105
　　3.6.4　有限狀態(tài)機108
　　3.6.5　時序電路示例112
　　3.6.6　時序邏輯的應用：卷積編碼和維特比檢測115
　3.7　電路設計119
　本章小結119
　擴展閱讀120
　參考文獻120
　復習題121
　習題122
　特別關注：卡諾圖128
第4章　一個簡單的計算機模型MARIE139
　4.1　引言139
　4.2　CPU基本知識和組織結構139
　　4.2.1　寄存器139
　　4.2.2　ALU140
　　4.2.3　控制單元140
　4.3　總線140
　4.4　時鐘143
　4.5　輸入/輸出子系統144
　4.6　存儲器的組成和尋址方式145
　4.7　中斷148
　4.8　MARIE149
　　4.8.1　組織結構149
　　4.8.2　寄存器和總線150
　　4.8.3　指令集架構151
　　4.8.4　寄存器傳輸表示153
　4.9　指令的執(zhí)行過程155
　　4.9.1　取指-譯碼-執(zhí)行周期155
　　4.9.2　中斷和指令周期155
　　4.9.3　MARIE的I/O157
　4.10　一個簡單的程序157
　4.11　關于編譯程序的討論159
　　4.11.1　編譯程序的作用159
　　4.11.2　使用匯編語言的原因160
　4.12　指令集的擴展161
　4.13　關于譯碼的討論：硬連線和微程序控制166
　　4.13.1　機器控制166
　　4.13.2　硬連線控制169
　　4.13.3　微程序控制171
　4.14　實際的計算機體系結構174
　　4.14.1　Intel體系結構175
　　4.14.2　MIPS體系結構179
　本章小結181
　擴展閱讀182
　參考文獻183
　復習題184
　習題185
第5章　仔細審視指令集架構192
　5.1　引言192
　5.2　指令格式192
　　5.2.1　指令集設計決策192
　　5.2.2　小端和大端方式193
　　5.2.3　CPU內部的存儲：堆棧和寄存器195
　　5.2.4　操作數個數和指令長度196
　　5.2.5　擴展操作碼199
　5.3　指令類型202
　　5.3.1　數據傳送202
　　5.3.2　算術運算202
　　5.3.3　布爾邏輯運算指令203
　　5.3.4　位操作指令203
　　5.3.5　輸入/輸出指令203
　　5.3.6　傳送控制指令204
　　5.3.7　專用指令204
　　5.3.8　正交指令集204
　5.4　尋址204
　　5.4.1　數據類型204
　　5.4.2　尋址方式205
　5.5　指令流水線207
　5.6　指令集架構實例210
　　5.6.1　Intel211
　　5.6.2　MIPS211
　　5.6.3　Java虛擬機212
　　5.6.4　ARM215
　本章小結216
　擴展閱讀217
　參考文獻218
　復習題218
　習題219
第6章　存儲器224
　6.1　引言224
　6.2　存儲器類型224
　6.3　存儲器的層次結構225
　6.4　高速緩存227
　　6.4.1　緩存映射策略229
　　6.4.2　替換策略240
　　6.4.3　有效訪問時間和命中率240
　　6.4.4　發(fā)生緩存失效的時間241
　　6.4.5　緩存寫策略241
　　6.4.6　指令和數據緩存243
　　6.4.7　緩存的級別244
　6.5　虛擬存儲器244
　　6.5.1　分頁245
　　6.5.2　使用分頁管理的有效訪問時間250
　　6.5.3　匯總：使用緩存、TLB和分頁技術252
　　6.5.4　分頁和虛擬存儲器的優(yōu)缺點253
　　6.5.5　分段253
　　6.5.6　分段和分頁的組合254
　6.6　存儲器管理實例254
　本章小結255
　擴展閱讀255
　參考文獻256
　復習題256
　習題257
第7章　輸入/輸出和存儲系統263
　7.1　引言263
　7.2　I/O及其性能263
　7.3　阿姆達爾定律263
　7.4　I/O體系結構266
　　7.4.1　I/O控制方法267
　　7.4.2　字符I/O與塊I/O271
　　7.4.3　I/O總線操作272
　7.5　數據傳輸模式274
　　7.5.1　并行數據傳輸275
　　7.5.2　串行數據傳輸276
　7.6　磁盤技術277
　　7.6.1　硬盤驅動器278
　　7.6.2　固態(tài)硬盤280
　7.7　光盤282
　　7.7.1　CD-　ROM282
　　7.7.2　DVD285
　　7.7.3　藍光光盤286
　　7.7.4　光盤記錄方式286
　7.8　磁帶287
　7.9　RAID290
　　7.9.1　RAID-　0290
　　7.9.2　RAID-　1291
　　7.9.3　RAID-　2291
　　7.9.4　RAID-　3292
　　7.9.5　RAID-　4293
　　7.9.6　RAID-　5293
　　7.9.7　RAID-　6294
　　7.9.8　RAID DP295
　　7.9.9　混合RAID系統297
　7.10　數據存儲的未來298
　本章小結300
　擴展閱讀300
　參考文獻301
　復習題302
　習題303
　特別關注：數據壓縮308
第8章　系統軟件327　8.1
　引言327
　8.2　操作系統327
　　8.2.1　操作系統的歷史328
　　8.2.2　操作系統的設計332
　　8.2.3　操作系統的服務332
　8.3　保護環(huán)境335
　　8.3.1　虛擬機336
　　8.3.2　子系統和分區(qū)337
　　8.3.3　保護環(huán)境和系統結構的演變339
　8.4　編程工具340
　　8.4.1　匯編程序和匯編340
　　8.4.2　鏈接器342
　　8.4.3　動態(tài)鏈接庫342
　　8.4.4　編譯器344
　　8.4.5　解釋器346
　8.5　Java：以上全部346
　8.6　數據庫軟件351
　8.7　事務管理器354
　本章小結356
　擴展閱讀356
　參考文獻357
　復習題357
　習題358
第9章　可供選擇的體系結構360
　9.1　引言360
　9.2　RISC設備361
　9.3　Flynn分類法365
　9.4　并行和多處理器體系結構367
　　9.4.1　超標量和超長指令字368
　　9.4.2　向量處理器369
　　9.4.3　互連網絡370
　　9.4.4　共享存儲器的多處理器373
　　9.4.5　分布式計算375
　9.5　其他的并行處理方法377
　　9.5.1　數據流計算377
　　9.5.2　神經網絡379
　　9.5.3　脈動陣列381
　9.6　量子計算382
　本章小結384
　擴展閱讀385
　參考文獻385
　復習題387
　習題388
第10章　嵌入式系統專題390
　10.1　引言390
　10.2　嵌入式硬件概述391
　　10.2.1　標準的嵌入式系統硬件391
　　10.2.2　可重構硬件394
　　10.2.3　定制設計的嵌入式硬件398
　10.3　嵌入式軟件概述403
　　10.3.1　嵌入式系統的存儲器組織403
　　10.3.2　嵌入式操作系統404
　　10.3.3　嵌入式系統的軟件開發(fā)406
　本章小結407
　擴展閱讀408
　參考文獻409
　復習題410
　習題410
第11章　性能測量和分析412
　11.1　引言412
　11.2　計算機性能公式412
　11.3　數學準備工作413
　　11.3.1　均值的含義413
　　11.3.2　統計學和語義417
　11.4　基準測試418
　　11.4.1　時鐘頻率、MIPS和FLOPS419
　　11.4.2　綜合測試基準：Whetstone、Linpack和Dhrystone420
　　11.4.3　SPEC基準421
　　11.4.4　事務處理性能委員會基準424
　　11.4.5　系統仿真428
　11.5　CPU性能優(yōu)化428
　　11.5.1　分支優(yōu)化429
　　11.5.2　使用好的算法和簡單代碼431
　11.6　磁盤性能433
　　11.6.1　理解問題433
　　11.6.2　物理因素434
　　11.6.3　邏輯因素434
　本章小結438
　擴展閱讀438
　參考文獻439
　復習題440
　習題440
第12章　網絡的組成和體系結構444
　12.1　引言444
　12.2　早期的商用計算機網絡444
　12.3　早期的學術和科研網絡：因特網的根源和體系結構444
　12.4　網絡協議I：ISO/OSI統一協議447
　　12.4.1　一個小故事447
　　12.4.2　OSI參考模型448
　12.5　網絡協議II：TCP/IP網絡體系結構451
　　12.5.1　IPv4452
　　12.5.2　IPv4的麻煩453
　　12.5.3　傳輸控制協議456
　　12.5.4　TCP的工作過程457
　　12.5.5　IPv6460
　12.6　網絡組成464
　　12.6.1　物理傳輸介質465
　　12.6.2　接口卡469
　　12.6.3　中繼器469
　　12.6.4　集線器469
　　12.6.5　交換機470
　　12.6.6　網橋和網關470
　　12.6.7　路由器和路由471
　12.7　因特網