計算機組成原理教程（第10版）

第1章 二值計算與編碼 1
1.1 二值符號體系的建立 1
1.1.1 八卦圖與二值符號體系 1
1.1.2 八卦圖奠定了現(xiàn)代計算科學(xué)的基礎(chǔ) 2
1.2 二值算術(shù)計算 2
1.2.1 二進制數(shù)及其計算規(guī)則 2
1.2.2 數(shù)字的二進制與十進制相互轉(zhuǎn)換 4
1.2.3 八進制、十六進制和二—十進制碼 5
1.2.4 浮點數(shù)與定點數(shù) 6
1.2.5 原碼、反碼、補碼和移碼 8
1.3 二值邏輯運算 11
1.3.1 數(shù)字邏輯——布爾代數(shù) 11
1.3.2 加法器邏輯 14
1.4 非數(shù)值數(shù)據(jù)的0、1編碼 16
1.4.1 聲音的0、1編碼 17
1.4.2 圖形/圖像的0、1編碼 18
1.4.3 文字的0、1編碼 20
1.4.4 指令的0、1編碼 23
1.5 數(shù)據(jù)的抗干擾編碼 24
1.5.1 奇偶檢驗碼 24
1.5.2 漢明碼 25
1.5.3 循環(huán)冗余檢驗碼 25
習(xí)題 27
第2章 程序計算架構(gòu) 30
2.1 程序計算架構(gòu)的演進 30
2.1.1 算盤——最早的程序計算工具 30
2.1.2 從提花機到巴貝奇分析機——內(nèi)程序計算架構(gòu)的形成 32
2.1.3 馮·諾依曼模型的提出 35
2.2 馮·諾依曼體系計算機工作原理 36
2.2.1 計算機存儲器 36
2.2.2 計算機控制器 39
2.2.3 計算機中的時序控制 42
2.2.4 總線 43
2.3 馮·諾依曼體系計算機改進 44
2.3.1 馮·諾依曼體系瓶頸 44
2.3.2 從以運算器為中心到以存儲器為中心 45
2.3.3 并行與共享 46
2.4 操作系統(tǒng)——程序用于計算機運行管理 48
2.4.1 問題的提出 48
2.4.2 操作系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu) 48
2.4.3 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 50
2.5 計算機性能評測 51
2.5.1 計算機的主要性能指標(biāo) 51
2.5.2 計算機性能測試 56
2.5.3 CPU芯片性能及其天梯圖 56
習(xí)題 62
第3章 存儲系統(tǒng) 63
3.1 主存儲器原理 63
3.1.1 只讀存儲器原理 63
3.1.2 隨機存儲器原理 65
3.2 主存儲體組織 70
3.2.1 內(nèi)存條 70
3.2.2 基本的存儲體擴展方式 73
3.2.3 P-Bank和L-Bank 74
3.2.4 并行存儲器 76
3.2.5 并行處理機的主存儲器 78
3.2.6 存儲器控制器 79
3.3 SDRAM內(nèi)部操作與性能參數(shù) 79
3.3.1 SDRAM的主要引腳 79
3.3.2 SDRAM的讀寫時序 80
3.3.3 突發(fā)傳輸 82
3.3.4 數(shù)據(jù)掩碼技術(shù) 83
3.3.5 DRAM刷新 84
3.3.6 預(yù)充電 87
3.3.7 芯片初始化 87
3.3.8 DDR SDRAM內(nèi)存 89
3.4 磁盤存儲器 92
3.4.1 磁表面存儲原理 92
3.4.2 硬盤存儲器的存儲結(jié)構(gòu) 95
3.4.3 硬盤格式化與分區(qū) 96
3.4.4 硬盤存儲器系統(tǒng)組成 100
3.4.5 硬盤存儲器的技術(shù)參數(shù) 101
3.4.6 磁盤陣列 103
3.5 光盤存儲器 106
3.5.1 光盤的技術(shù)特點與類型 106
3.5.2 可擦寫型光盤的讀寫原理 107
3.5.3 光盤規(guī)格 107
3.6 閃速存儲器 110
3.6.1 閃速存儲器的特點與原理 110
3.6.2 固態(tài)硬盤 112
3.7 存儲體系 115
3.7.1 多級存儲體系的建立 115
3.7.2 多級存儲體系的性能參數(shù) 117
3.7.3 Cache-主存機制 118
3.7.4 虛擬存儲器 123
習(xí)題 126
第4章 I/O接口與I/O過程控制 130
4.1 I/O接口概述 130
4.1.1 接口的功能 130
4.1.2 I/O接口的邏輯結(jié)構(gòu) 133
4.1.3 I/O接口分類 134
4.2 I/O過程的程序直接控制 135
4.2.1 無條件I/O傳送方式 135
4.2.2 程序查詢控制I/O傳送方式 136
4.3 I/O過程的程序中斷控制 138
4.3.1 程序中斷控制及其過程 138
4.3.2 中斷源與中斷請求 140
4.3.3 中斷響應(yīng) 143
4.3.4 中斷控制器 145
4.3.5 多重中斷 147
4.4 I/O數(shù)據(jù)傳送的DMA控制 147
4.4.1 DMA的基本概念 147
4.4.2 DMA控制器與CPU共享存儲器沖突的解決方案 148
4.4.3 DMA控制器 150
4.4.4 DMA傳送過程 151
4.4.5 DMA方式與中斷方式的比較 153
4.5 I/O過程的通道控制 153
4.5.1 通道控制及其特點 153
4.5.2 通道控制原理 155
4.5.3 通道類型 157
習(xí)題 158
第5章 指令系統(tǒng)與控制器組成 161
5.1 處理器的外特性——指令系統(tǒng) 161
5.1.1 指令 161
5.1.2 指令系統(tǒng)及其描述 162
5.1.3 RISC與CISC 164
5.2 CISC的成功案例：80x86 168
5.2.1 80x86技術(shù)概述 168
5.2.2 8086的尋址方式 169
5.2.3 8086指令簡介 173
5.3 RISC的成功案例：ARM 180
5.3.1 ARM技術(shù)概述 180
5.3.2 ARM處理器的運行模式 181
5.3.3 ARM處理器的寄存器 181
5.3.4 ARM尋址方式 181
5.3.5 ARM指令的基本格式與數(shù)據(jù)類型 184
5.3.6 ARM指令簡介 185
5.4 組合邏輯控制器設(shè)計 186
5.4.1 指令的微操作分析 187
5.4.2 指令的時序控制與時序部件 189
5.4.3 組合邏輯控制器設(shè)計舉例 191
5.5 微程序控制器設(shè)計 193
5.5.1 微程序操作控制部件的組成 193
5.5.2 微程序操作控制部件設(shè)計舉例 195
習(xí)題 197
第6章 處理器的并行架構(gòu) 200
6.1 流水線技術(shù) 200
6.1.1 指令流水線 200
6.1.2 運算流水線 202
6.1.3 流水線中的相關(guān)沖突 203
6.1.4 流水線中的多發(fā)射技術(shù) 205
6.1.5 Pentium CPU 206
6.1.6 向量處理機 209
6.2 多處理器系統(tǒng) 214
6.2.1 多計算機系統(tǒng)與多處理器系統(tǒng) 214
6.2.2 SMP系統(tǒng)架構(gòu) 215
6.2.3 多處理器操作系統(tǒng) 217
6.3 多線程處理器 218
6.3.1 多線程處理器架構(gòu)的提出 218
6.3.2 同時多線程技術(shù) 220
6.3.3 超線程處理器 222
6.4 多核處理器 225
6.4.1 多核處理器及其特點 225
6.4.2 多核 多線程——?芯片多線程技術(shù) 227
6.5 關(guān)于處理器并行性開發(fā)的討論 227
6.5.1 并行性及其級別 227
6.5.2 基于并行性的處理器體系Flynn分類 229
6.5.3 處理器并行性開發(fā)的基本思路與途徑 231
習(xí)題 232
第7章 計算機輸入輸出設(shè)備 234
7.1 計算機輸入輸出設(shè)備概述 234
7.1.1 計算機人機界面技術(shù)的進步 234
7.1.2 I/O設(shè)備的分類 235
7.1.3 綠色計算機設(shè)備 237
7.2 鍵盤與鼠標(biāo) 237
7.2.1 物理鍵盤及其原理 238
7.2.2 鍵盤布局類型 238
7.2.3 軟鍵盤 240
7.2.4 虛擬激光鍵盤 240
7.2.5 鼠標(biāo) 241
7.3 打印設(shè)備 241
7.3.1 打印設(shè)備及其分類 241
7.3.2 打印機的基本性能指標(biāo) 242
7.3.3 噴墨打印機 244
7.3.4 激光打印機 245
7.3.5 3D打印機 247
7.4 顯示器 250
7.4.1 平板顯示器的基本原理 250
7.4.2 圖像顯示關(guān)鍵技術(shù) 253
7.4.3 平板顯示器的技術(shù)指標(biāo) 254
7.4.4 觸摸屏 256
7.5 虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實與現(xiàn)實虛擬 258
7.5.1 虛擬現(xiàn)實 258
7.5.2 增強現(xiàn)實 261
7.5.3 現(xiàn)實虛擬、混合現(xiàn)實與介導(dǎo)現(xiàn)實 263
7.6 I/O設(shè)備適配器與驅(qū)動程序 264
7.6.1 顯示適配器 265
7.6.2 聲卡 267
7.6.3 網(wǎng)絡(luò)適配器 270
7.6.4 設(shè)備驅(qū)動程序 272
7.6.5 ROM-BIOS 275
習(xí)題 277
第8章 總線與主板 278
8.1 總線概述 278
8.1.1 總線及其規(guī)范 278
8.1.2 總線的性能指標(biāo) 279
8.1.3 總線分類 281
8.2 總線的工作原理 283
8.2.1 總線的組成與基本傳輸過程 283
8.2.2 總線的爭用與仲裁 285
8.2.3 總線通信中主從之間的時序控制 287
8.3 幾種標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線分析 291
8.3.1 ISA總線 291
8.3.2 PCI總線 293
8.3.3 AGP總線 296
8.3.4 PCI Express總線 297
8.4 幾種標(biāo)準(zhǔn)I/O總線分析 299
8.4.1 ATA與SATA總線 299
8.4.2 SCSI與SAS總線 301
8.4.3 USB 303
8.4.4 FC總線 306
8.5 微型計算機主板 306
8.5.1 主板的概念 306
8.5.2 主板的組成 307
8.5.3 主板架構(gòu)及其進展 312
8.5.4 主板選擇參數(shù) 316
8.5.5 主板整合技術(shù) 317
8.5.6 智慧型主板 318
習(xí)題 320
第9章 未來計算機展望 322
9.1 人工智能與智能計算機 322
9.1.1 人工智能及其定義 322
9.1.2 人工智能研究學(xué)派與關(guān)注的內(nèi)容 324
9.1.3 智能計算機 329
9.2 量子計算機 332
9.2.1 量子計算機的基本原理 332
9.2.2 量子位 334
9.2.3 量子位門與量子線路圖 336
9.2.4 量子算法 338
9.2.5 量子編程語言 339
9.3 未來計算機的其他探索 339
9.3.1 數(shù)據(jù)流計算機、歸約機和擬態(tài)計算機 339
9.3.2 摩爾定律與未來計算機元器件開發(fā) 340
習(xí)題 342
參考文獻 343

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