第1章计算机系统概述
1.1计算机的发展简史
1.1.1第一代计算机——电子管电子计算机
1.1.2第二代计算机——晶体管电子计算机
1.1.3第三代计算机——集成电路计算机
1.1.4第四代计算机——超大规模集成电路计算机
1.1.5第五代计算机——普适计算机
1.2计算机的分类
1.3计算机系统简介
1.3.1计算机系统的层次结构
1.3.2软件与硬件的等价性原理
1.3.3计算机体系结构和计算机组成
1.4计算机的基本组成
1.4.1冯·诺伊曼体系和哈佛体系计算机
1.4.2计算机的硬件框图
1.5计算机性能的评价
1.5.1性能评价的时间因素
1.5.2性能评价程序的选择
1.6计算机系统设计的准则
1.7本书结构
习题
第2章运算基础
2.1数制和数制转换
2.1.1数制
2.1.2数制转换
2.2数据的编码和表示
2.2.1无符号数
2.2.2有符号数
2.2.3浮点数表示
2.2.4二进制信息编码
2.3定点数的运算
2.3.1移位运算
2.3.2加减法运算
2.3.3乘法运算
2.3.4除法运算
2.4浮点数的运算
2.4.1浮点数的加减法运算
2.4.2浮点数的乘除法运算
2.4.3保证位
2.5检错码和纠错码
2.5.1检错和纠错的理论基础
2.5.2奇偶校验
2.5.3CRC校验
2.5.4海明码
小结
习题
第3章数字电路和逻辑电路基础
3.1布尔代数
3.2逻辑函数的化简
3.2.1代数化简法
3.2.2卡诺图化简法
3.3组合逻辑电路
3.3.1加法器
3.3.2译码器
3.3.3算术逻辑单元
3.3.4数据选择器
3.4时序逻辑电路
3.4.1触发器
3.4.2寄存器和移位寄存器
3.4.3计数器
3.5阵列逻辑电路
3.5.1只读存储器
3.5.2随机存取存储器
3.5.3可编程逻辑器件
3.6VHDL硬件描述语言
3.6.1VHDL语法
3.6.2数据类型、运算操作符
3.6.3VHDL实例
3.6.4VHDL工具介绍
小结
习题
第4章系统总线
4.1系统总线概述
4.1.1总线的分类
4.1.2总线的特性和性能指标
4.2总线的通信方式
4.2.1同步通信方式
4.2.2异步通信方式
4.3总线仲裁
4.3.1集中式仲裁方式
4.3.2分布式仲裁方式
4.4总线结构
4.4.1单总线结构
4.4.2双独立总线
4.4.3多总线结构
4.5常用高速总线标准
4.5.1PCI总线
4.5.2AGP总线
4.5.3PCI Express
小结
习题
第5章存储器
5.1概述
5.1.1存储器分类
5.1.2存储器的层次结构
5.2主存储器
5.2.1主存储器的基本结构
5.2.2主存的技术指标
5.2.3半导体存储器接口的基本技术
5.2.4DRAM的刷新
5.2.5多体交叉存储技术
5.2.6高级DRAM技术
5.3辅助存储器
5.3.1辅助存储器的种类与技术指标
5.3.2硬磁盘存储器
5.3.3固态硬盘
5.3.4磁盘阵列存储器
5.3.5光盘存储器
5.3.6磁带存储器
5.4Cache
5.4.1Cache的工作原理
5.4.2地址映射
5.4.3替换策略
5.4.4Cache写策略
5.4.5Cache的性能分析
5.4.6改进Cache性能的措施
5.4.7Cache综合举例
5.5虚拟存储器
5.5.1虚拟存储器的基本原理
5.5.2虚拟存储器的管理
5.5.3快表TLB
5.5.4Pentium处理机的虚拟存储器技术
小结
习题
第6章输入输出系统
6.1I/O概述
6.1.1I/O接口的功能及组成
6.1.2I/O接口与I/O端口
6.1.3I/O端口的编址方式
6.2程序查询方式
6.2.1程序查询的基本思想
6.2.2程序查询方式的工作流程
6.3程序中断方式
6.3.1中断的基本概念
6.3.2中断处理流程
6.3.3中断向量
6.3.4中断判优逻辑
6.3.5中断的嵌套
6.4DMA方式
6.4.1DMA的工作方式
6.4.2DMA接口组成
6.4.3DMA的工作过程
6.5I/O通道和I/O处理机
6.5.1I/O通道的种类和功能
6.5.2通道型I/O处理机和外围处理机
6.6I／O接口标准
6.6.1IDE和SATA
6.6.2USB和FireWire
小结
习题
第7章CPU的结构与功能
7.1CPU的功能
7.2CPU的结构
7.2.1CPU的结构框图
7.2.2算术逻辑单元和控制器
7.2.3CPU的寄存器
7.3指令周期及其数据通路
7.3.1CPU的执行过程
7.3.2指令周期的基本概念
7.3.3数据通路及其基本要素
7.3.4指令子周期的数据通路
7.4Pentium处理器
7.5Itanium微处理器
7.6SPARC处理器
小结
习题
第8章指令系统
8.1机器指令
8.1.1指令的一般书写格式
8.1.2指令字长
8.2操作数的类型、大小和存储
8.2.1操作数类型和大小
8.2.2数据在存储器中的存放方式
8.3操作类型
8.3.1数据传送类
8.3.2算术运算类
8.3.3逻辑运算类
8.3.4控制传送类
8.3.5输入输出类
8.3.6系统控制类
8.4寻址技术
8.4.1立即数寻址
8.4.2寄存器寻址
8.4.3存储器寻址
8.4.4寄存器和存储器混合寻址
8.4.5相对寻址
8.4.6堆栈寻址
8.5指令集结构的功能设计
8.5.1复杂指令系统计算机
8.5.2精简指令系统计算机
8.5.3CISC与RISC的比较
8.6指令系统的举例和设计
8.6.1一个简单的指令系统Y86的设计
8.6.2SPARC的指令系统
8.6.3Pentium微处理器的指令系统
小结
习题
第9章控制器
9.1控制器概述
9.1.1控制器的功能
9.1.2控制器的组成
9.1.3时序控制信号形成部件
9.1.4微操作命令分析
9.1.5控制信号
9.2硬布线控制器
9.2.1硬布线控制器概述
9.2.2硬布线控制器的结构
9.2.3硬布线控制器的设计步骤
9.3微程序控制器
9.3.1微程序控制器概述
9.3.2微程序控制器的结构框图
9.3.3微程序控制器的工作原理
9.3.4微指令的格式
9.3.5微指令的编码方式
9.3.6微指令序列地址的形成
9.3.7微程序控制器举例
小结
习题
第10章并行计算机系统结构
10.1计算机系统结构中的并行性概念
10.1.1概述
10.1.2并行计算机体系结构的分类
10.2流水线技术
10.2.1流水线原理
10.2.2流水线的性能指标
10.2.3流水线的相关问题
10.2.4动态调度
10.2.5RISC处理器的流水线举例
10.3片内并行
10.3.1超流水线技术
10.3.2超标量技术
10.3.3超长指令字技术
10.4多核处理器技术
10.4.1同构多核处理器技术
10.4.2异构多核处理器技术
10.5共享内存的多处理机
10.5.1UMA对称多处理器系统
10.5.2NUMA多处理器系统
10.6消息传递的多处理机
10.6.1互联网络
10.6.2大规模并行处理器
10.6.3集群计算
10.6.4多计算机的通信软件
10.6.5网格计算
小结
习题
附录A使用硬布线方法设计CPU
A.1CPU设计概述
A.2模型机中的指令集
A.3模型机中的数据通路
A.4控制器
A.5完整的CPU实现
附录B常用的计算机组成原理仿真软件
B.1仿真软件SimpleScalar
B.2数据通路模拟软件
B.3指令集流水线模拟
B.4硬件测试软件phoronix test suite
B.5VHDL编写的JAM CPU
参考文献
