计算机组成原理

内容简介

《计算机组成原理/普通高等教育软件工程“十二五”规划教材》是“基于人才培养模式的硬件课程体系建设和教学模式改革”教学改革研究课题的重要成果之一。全书按照普通高等院校计算机专业本科生的教学要求，并根据“计算机组成原理”课程教学大纲及硕士研究生入学考试的要求编写而成。共分为7章：第1章总体介绍了计算机组成原理的基本概念及应用领域；第2章介绍了计算机运算的方法，包括定点数与浮点数的算术运算；第3章介绍了存储器相关的知识，包括主存储器、高速缓冲存储器和虚拟存储器等；第4章重点介绍了计算机的核心部件中央处理器，主要包括微程序控制与设计，硬布线逻辑控制器及相关知识；第5章介绍了指令系统，包括指令的格式、方式，复杂指令集和精简指令集；第6章介绍了总线结构和分类，总线通信与控制等知识；第7章介绍了输入输出系统，包括程序中断、存储器直接存取和通道等。《计算机组成原理/普通高等教育软件工程“十二五”规划教材》每章之后附有习题，包括基础题和提高题。基础题可用于学生日常学习或教学布置练习时使用，提高题则适用于准备考硕士研究生的同学使用。
　　《计算机组成原理/普通高等教育软件工程“十二五”规划教材》可作为普通高等院校计算机组成原理课程的教材，也可供计算机及相关专业的教学人员、科研人员或其他相关人员使用。高职高专类学校也可以选用本教材，使用时可以根据学校和学生的实际情况略去某些章节。

目录

第1章 计算机组成概述
1.1 计算机的由来
1.2 计算机的组成
1.2.1 计算机硬件
1.2.2 计算机软件
1.3 计算机发展历程
1.4 计算机的性能指标
1.5 计算机的应用
1.6 小结
习题
第2章 计算机运算方法
2.1 数制与编码
2.1.1 数制及其转换
2.1.2 BCD码
2.1.3 校验码
2.2 数据的表示方法
2.2.1 真值和机器数
2.2.2 字符与字符串
2.2.3 定点数表示法
2.2.4 浮点数表示法
2.3 定点数加减法运算
2.3.1 运算规则
2.3.2 运算实例
2.3.3 溢出判断
2.4 定点数乘法运算
2.4.1 原码一位乘法
2.4.2 原码二位乘法
2.4.3 补码一位乘法
2.4.4 补码二位乘法
2.5 定点数除法运算
2.5.1 原码一位除法
2.5.2 补码一位除法
2.6 浮点数算术运算
2.6.1 浮点数加减运算
2.6.2 浮点数乘除运算
2.6.3 浮点运算器
2.7 算术逻辑单元
2.7.1 算术逻辑单元简介
2.7.2 多功能算术逻辑单元
2.7.3 运算器
2.8 小结
习题
第3章 存储器
3.1 存储器概述
3.1.1 存储器分类
3.1.2 存储器主要技术指标
3.1.3 存储器层次结构
3.2 主存储器
3.2.1 半导体只读存储器
3.2.2 半导体随机存储器
3.2.3 静态MOS存储器
3.2.4 动态MOS存储器
3.3 主存与CPU的连接
3.3.1 连接的意义
3.3.2 主存容量的扩展
3.3.3 存储芯片的分配与片选
3.3.4 存储器与CPU的连接
3.4 双口RAM和多模块存储器
3.4.1 双端口RAM
3.4.2 多模块存储器
3.5 高速缓冲存储器
3.5.1 高速缓冲存储器的组织与管理
3.5.2 地址映像与转换
3.5.3 替换策略
3.5.4 Cache的一致性问题
3.5.5 Cache性能分析
3.5.6 相联存储器
3.6 虚拟存储器
3.6.1 虚拟存储器的基本概念
3.6.2 页式虚拟存储器
3.6.3 段式虚拟存储器
3.6.4 段页式虚拟存储器
3.6.5 快表
3.7 外部存储器
3.7.1 外部存储器简介
3.7.2 磁盘存储器
3.7.3 光盘存储器
3.7.4 磁带
3.7.5 其他存储器
3.8 小结
习题
第4章 中央处理器
4.1 中央处理器的结构
4.2 指令周期与时序产生器
4.2.1 指令周期
4.2.2 时序产生器
4.3 微程序控制与设计
4.3.1 微程序控制简介
4.3.2 微指令简介
4.3.3 微程序控制器
4.3.4 微程序设计
4.4 硬布线逻辑控制器
4.4.1 硬布线逻辑控制器
4.4.2 硬布线逻辑设计
4.5 多核处理器
4.6 指令执行过程与数据通路
4.7 指令流水线与冲突处理
4.8 中央处理器的新进展
4.8.1 流水线处理器简介
4.8.2 超标量处理器简介
4.8.3 奔腾处理器简介
4.8.4 其他发展
4.9 小结
习题
第5章 指令系统
5.1 指令系统简介
5.1.1 指令系统的发展历程
5.1.2 指令系统的特点
5.1.3 指令系统的性能指标
5.2 指令格式
5.2.1 指令格式简介
5.2.2 操作码
5.2.3 地址码
5.2.4 指令字长度与扩展方法
5.2.5 典型指令格式实例
5.3 寻址方式
5.3.1 指令寻址
5.3.2 数据寻址
5.3.3 寻址实例
5.4 复杂指令集和精简指令集
5.4.1 复杂指令集简介
5.4.2 精简指令集简介
5.4.3 CISC和RISC的比较
5.5 小结
习题
第6章 总线
6.1 总线的概述
6.2 总线的结构和分类
6.2.1 总线的结构
6.2.2 总线的分类
6.2.3 总线的性能指标
6.3 总线通信与控制
6.3.1 信息的传送方式
6.3.2 总线的通信
6.3.3 总线的控制
6.4 典型的总线
6.4.1 ISA和EISA总线
6.4.2 PCI和AGP总线
6.4.3 USB总线
6.4.4 其他

摘要与插图

    5．人工智能
    开发一些具有人类某些智能的应用系统，用计算机来模拟人的思维判断、推理等智能活动，使计算机具有自学习适应和逻辑推理的功能，如计算机推理、智能学习系统、专家系统、机器人等，帮助人们学习和完成某些推理工作。
    6．多媒体
    随着计算机应用的逐步深入，普通用户更多地被计算机的娱乐应用深深吸引住了，在多媒体方面，包括声音、图像、动画和视频，而不再是早期的文本。越来越多的用户除了使用计算机做计算和文字工作，还会用来看电影、听歌和玩游戏等。现在新的趋势是智能手机的广泛应用，这一设备不能简单地认为是普通的通话工具，而该被认为是计算机微型化的结果。
    有人会问，如此高性能的计算机与老百姓生活有什么关系呢？从应用的角度看，计算机的应用是潮流，更是财富。以日本和韩国的造船业为例，由于采用的计算机技术，这两个国家的造船工人人数从十几万下降到两万多，年造船排水量近千万吨，我同有30万造船1二人，年造船300万吨排水量，效率相差数十倍。在当今时代，制造业拼人力是不行的，一定要靠计算机技术提高产业水平。
    在谈到计算机的应用时我们总会提到普及率，这与计算机对社会的影响和贡献有什么必然的联系吗？当然有。简单理解，计算机普及率低说明应用水平落后。计算机在我国的普及率不到10％，而美国是50％以上。从统计上来说，任何一项技术普及率到50％时，才可以说对社会经济生活产生巨大效益。在美国波音公司，飞机从设计到制造，全部是计算机来完成的，整个过程看不到一张图纸。日本的造船也是如此，从船的设计到造是无纸化的。计算机的外形也不是我们过去熟悉的样子，对我们生活的影响无处不在。未来计算机不仅具有非凡的记忆功能，而且具有判断能力，真正成为人脑的延伸。但目前的计算机的功能与人脑相比还相差很远。现代计算机虽然“智商”很高，具有人无法相比的计算速度，但“情商”很低。未来的计算机网络就像今天的电网一样，我们一按开关，信息就流进来。
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