计算机组成(原书第5版)

这本经典教材的第5版对计算机组成结构进行了全面的概括。它介绍了硬件设计的原理，并且说明了硬件设计是如何受软件需求影响的。本书素材经过反复改写，反映了计算机技术发展的现状。例如使用了典型的商用处理器来说明一般的概念．并用arm、68000以及pentium处理器作为主要的结构范例。书中还包括了有关嵌入式系统的讨论。本书涉及现代计算机设计的各个方面——处理器、输入 输出、存储器、外围设备以及通信链接，重点放在完整的计算机系统设计上。 本书结构清晰，使用灵活。主要面向已经学习了逻辑电路课程的学生．书后附有逻辑电路的内容介绍．没有这方面基础知识的学生也可使用。 第1章计算机的基本结构1．1计算机的类型1．2功能部件1．2．1输入设备1．2．2存储器1．2．3运算器1．2．4输出设备1．2．5控制器1．3基本操作概念1．4总线结构1．5软件1．6性能1．6．1处理器时钟1．6．2基本性能公式1．6．3流水线和超标量操作1．6．4时钟频率1．6．5指令集：CISC和RISC1．6．6编译器1．6．7性能测量1．7多处理器和多计算机1．8发展历程1．8．1第一代计算机1．8．2第二代计算机1．8．3第三代计算机1．8．4第四代计算机1．8．5后第四代计算机1．8．6性能的发展1．9结束语习题参考文献第2章机器指令和程序2．1数、算术运算以及字符2．1．1数的表示2．1．2正数的加法2．1．3有符号数的加法和减法2．1．4整数算术运算中的溢出2．1．5字符2．2内存单元和寻址2．2．1按字节寻址能力2．2．2big-endian和little-endian分配2．2．3字的对齐2．2．4访问数、字符和字符串2．3存储器操作2．4指令和指令序列2．4．1寄存器传送标记2．4．2汇编语言符号2．4．3基本指令类型2．4．4指令执行和线性序列2．4．5转移2．4．6条件码2．4．7生成存储器地址2．5寻址方式2．5．1变量和常数的实现2．5．2间接和指针2．5．3变址和数组2．5．4相对寻址2．5．5附加方式2．6汇编语言2．6．1汇编指示2．6．2程序的汇编和执行2．6．3数的表示2．7基本输入／输出操作2．8堆栈和队列2．9子程序2．9．1子程序嵌套及处理器堆栈2．9．2参数传递2．9．3堆栈的结构2．10附加的指令2．10．1逻辑指令2．10．2移位和循环移位指令2．10．3乘法和除法2．11实例程序2．11．1向量点积程序2．11．2字节排序程序2．11．3链表2．12机器指令的编码2．13结束语习题第3章ARM、Motorola与Intel指令集部分IARM实例3．1寄存器、内存访问及数据传递3．1．1寄存器结构3．1．2内存访问指令和寻址方式3．1．3寄存器传送指令3．2算术和逻辑指令3．2．1算术指令3．2．2逻辑指令3．3转移指令3．3．1设置条件码3．3．2用于数值相加的循环程序3．4汇编语言3．5I/O操作3．6子程序3．7实例程序3．7．1向量点积程序3．7．2字节排序程序3．7．3链表的插入和删除子程序部分II68000实例3．8寄存器与寻址方式3．8．168000寄存器结构3．8．2寻址方式3．9指令3．10汇编语言3．11程序流控制3．11．1条件码标志3．11．2转移指令3．12I／0操作3．13堆栈和子程序3．14逻辑指令3．15实例程序3．15．1向量点积程序3．15．2字节排序程序3．15．3链表的插入和删除子程序部分IIIIA-32Pentium实例3．16寄存器和寻址方式3．16．1IA-32寄存器结构3．16．2IA-32寻址方式3．17IA-32指令3．18IA-32汇编语言3．19程序流控制3．19．1条件跳转及条件码标志3．19．2无条件跳转3．20逻辑和移位/循环移位指令3．20．1逻辑操作3．20．2移位与循环移位操作3．21I／O操作3．21．1存储器映射I／O3．21．2独立I／O3．21．3块传送3．22子程序3．23其他指令3．23．1乘法与除法指令3．23．2多媒体扩展(MMX)指令3．23．3向量(SIMD)指令3．24实例程序3．24．1向量点积程序3．24．2字节排序程序3．24．3链表的插入与删除子程序3．25结束语习题参考文献第4章输入输出组织结构4．1访问I／O设备4．2中断4．2．1中断的硬件4．2．2中断的允许和禁止4．2．3处理多台设备4．2．4控制设备请求4．2．5异常4．2．6在操作系统中使用的中断4．3处理器举例4．3．1ARM中断结构4．3．268000中断结构4．3．3Pentium的中断结构4．4直接存储器访问4．5总线4．5．1同步总线4．5．2异步总线4．5．3讨论4．6接口电路4．6．1并行端口4．6．2串行端口4．7标准I／O接口4．7．1外围部件互连(PCI)总线4．7．2SCSII总线4．7．3通用串行总线(USB)4．8结束语习题参考文献第5章存储器系统5．1基本概念5．2半导体随机存储器5．2．1存储器芯片的内部组织结构5．2．2静态存储器5．2．3异步动态随机存储器5．2．4同步动态随机存储器5．2．5大容量存储器的结构5．2．6存储器系统因素5．2．7Rambus存储器5.3只读存储器5．3．1ROM5．3．2PROM5．3．3EPROM5．3．4EEPROM5．3．5闪存5.4速度、容量和成本5.5高速缓存5．5．1映射功能5．5．2替换算法5．5．3映射技术的例子5．5．4商用处理器中高速缓存的例子5．6性能因素5．6．1交叉5．6．2命中率和失效开销5．6．3处理器芯片上的高速缓存5．6．4其他改进5．7虚拟存储器5．8存储器管理需求5．9辅助存储器5．9．1磁性硬盘5．9．2光盘5．9．3磁带系统5．10结束语习题参考文献第6章算术运算6．1有符号数加减法6．2快速加法器设计6．3正数乘法6．4有符号操作数乘法6．5快速乘法6．5．1乘数位偶重编码6．5．2求和项的进位保留加法6．6整数除法6．7浮点数及其操作6．7．1浮点数的IEEE标准6．7．2浮点数算术运算6．7．3保护位与截取6．7．4浮点操作的实现6．8结束语习题参考文献笫7章基本处理部件7．1一些基本概念7．1．1寄存器传送7．1．2执行算术或逻辑操作7．1．3从存储器中取出一个字7．1．4向存储器中存储一个字7．2一条完整指令的执行7．3多总线结构7．4硬件控制7．5微程序控制7．5．1微指令7．5．2微程序的顺序7．5．3宽转移寻址方式7．5．4带有下一地址字段的微指令7．5．5预取微指令7．5．6仿真7．6结束语习题第8章流水线8．1基本概念8．1．1高速缓存的作用8．1．2流水线性能8．2数据阻塞8．2．1操作数传递8．2．2用软件方法处理数据阻塞8．2．3副作用8．3指令阻塞8．3．1无条件转移8．3．2条件转移和转移预测8．4对指令集的影响8．4．1寻址方式8．4．2条件码8．5数据通路和控制8．6超标量操作8．6．1无序执行8．6．2执行完成8．6．3调度操作8．7UltraSPARCⅡ实例8．7．1SPARC体系结构8．7．2UltraSPARCII8．7．3流水线结构8．8性能考虑8．8．1指令阻塞的影响8．8．2流水线的段数8．9结束语习题参考文献第9章嵌入式系统9．1嵌入式系统的实例9．1．1微波炉9．1．2数码照相机9．1．3家用遥测技术9．2嵌入式应用中的处理器芯片9．3一个简单的微控制器9．3．1并行I／O端口9．3．2串行I／O接口9．3．3计数器／定时器9．3．4中断控制机制9．4程序设计问题9．4．1轮询方法9．4．2中断方法9．5I/O设备的时序限制9．5．1通过环形缓冲区做传送的C程序9．5．2通过环形缓冲区做传送的汇编语言程序9．6反应计时器实例9．6．1用于反应计时器的C程序9．6．2用于反应计时器的汇编语言程序9．6．3最后评价9．7嵌入式处理器系列9．7．1基于Intel8051的微控制器9．7．2Motorola微控制器9．7．3ARM微控制器9．8设计问题9．9片上系统9．10结束语习题参考文献第10章计算机外围设备10．1输入设备10．1．1键盘10．1．2鼠标10．1．3跟踪球、操作杆和触摸垫10．1．4扫描仪10．2输出设备10．2．1视频显示器10．2．2平面显示器10．2．3打印机10．2．4图形加速卡10．3串行通信连接10．3．1异步传输10．3．2同步传输10．3．3标准通信接口10．4结束语习题第11章处理器系列11．1ARM系列11．1．1Thumb指令集11．1．2处理器和CPU内核11．2Motorola680X0和ColdFire系列11．2．168020处理器11．2．268030和68040处理器的改进11．2．368060处理器11．2．4ColdFire系列11．3IntelIA-32系列11．3．1IA-32存储器分段11．3．216位模式11．3．380386和80486处理器11．3．4Pentium处理器11．3．5PentiumPro处理器11．3．6PentiumⅡ和PentiumⅢ处理器11．3．7Pentium4处理器11．3．8AMD公司的IA-32处理器11．4PowerPC系列11．4．1寄存器集11．4．2存储器寻址方式11．4．3指令11．4．4PowerPC处理器11．5Sun公司SPARC系列11．6康柏ALPHA系列11．6．1指令和寻址方式的格式11．6．2ALPHA21064处理器11．6．3ALPHA21164处理器11．6．4ALPHA21264处理器11．7IntelIA-64系列11．7．1指令包11．7．2条件执行11．7．3推测性装入11．7．4寄存器和寄存器堆栈11．7．5Itanium处理器11．8堆栈处理器11．8．1堆栈结构11．8．2堆栈指令11．8．3堆栈中的硬件寄存器11．9结束语习题参考文献第12章大型计算机系统12．1并行处理的形式12．2阵列处理器12．3通用多处理器结构12．4互连网络12．4．1信号总线12．4．2纵横(Crossbar)网络12．4．3多段网络12．4．4超立方体网络12．4．5网状网络12．4．6树状网络12．4．7环状网络12．4．8实用性因素12．4．9混合拓扑网络12．4．10对称式多处理器12．5多处理器的存储器组织结构12．6程序并行性与共享变量12．6．1共享变量访问12．6．2高速缓存一致性12．6．3加锁和高速缓存一致性12．7多计算机12．7．1局域网12．7．2以太网(CSMMCD)总线12．7．3令牌环12．7．4工作站网络12．8共享存储器和消息传递实例12．8．1共享存储器实例12．8．2消息传递实例12．9性能因素12．9．1Amdahl定律12．9．2性能指标12．10结束语习题参考文献附录A逻辑电路附录BARM指令集附录CMotorola68000指令集附录DIntelIA-32指令集附录E字符编码与数的转换索引

字数:版次：1-1 开本:16开

西安