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计算机组成原理与系统结构(第3版)


作者:
冯建文 章复嘉 赵建勇 包健 编著
定价:
72.00元
ISBN:
978-7-04-060615-7
版面字数:
850.000千字
开本:
特殊
全书页数:
暂无
装帧形式:
平装
重点项目:
暂无
出版时间:
2024-01-22
读者对象:
高等教育
一级分类:
计算机/教育技术类
二级分类:
计算机类专业核心课程
三级分类:
计算机组织与体系结构

本书从计算机组成原理与系统结构的基本概念出发,较为详细、系统地论述了计算机单机系统的基本组成、工作原理和设计方法;并从提高计算机性能的角度做了进一步分析和探讨。全书共分10章,主要内容包括计算机组成原理概论、总线、信息编码与数据表示、运算方法与运算器、存储系统、指令系统、控制器、RISC-V与ARM模型机设计实例、输入输出系统、流水线与并行处理技术。

本书配有相应的FPGA实验系统、Yy-z02计算机组成原理实验系统及其实验软件,使理论教学与实践环节相结合,提高学生的学习兴趣及动手能力。

本书可作为高等学校计算机相关专业本科“计算机组成原理”课程的教材,也可供从事计算机专业的科技人员、计算机爱好者及各类自学人员参考。

  • 前辅文
  • 第1章 计算机组成原理概论
    • 1.1 计算机的产生与发展
      • 1.1.1 计算机的产生
      • 1.1.2 计算机的发展
      • 1.1.3 微型计算机的发展
      • 1.1.4 中国计算机的发展
    • 1.2 计算机的分类和应用
      • 1.2.1 计算机的分类
      • 1.2.2 计算机的应用
    • 1.3 计算机系统的组成和层次结构
      • 1.3.1 计算机硬件、软件及其关系
      • 1.3.2 计算机硬件系统
      • 1.3.3 计算机软件系统与计算机语言
      • 1.3.4 计算机系统的层次结构
    • 1.4 计算机的性能指标
    • 本章小结
    • 习题
  • 第2章 总线
    • 2.1 总线的基本概念
      • 2.1.1 总线的特性
      • 2.1.2 总线的分类
      • 2.1.3 总线的性能指标
    • 2.2 总线系统结构
      • 2.2.1 单总线结构
      • 2.2.2 多总线结构
    • 2.3 总线标准
      • 2.3.1 总线标准与接口标准
      • 2.3.2 常用的总线与接口标准
    • 2.4 总线控制
      • 2.4.1 总线仲裁
      • 2.4.2 总线定时
    • 本章小结
    • 习题
  • 第3章 信息编码与数据表示
    • 3.1 数制
      • 3.1.1 进位记数制
      • 3.1.2 数制转换
      • 3.1.3 十进制数的编码
    • 3.2 数值数据的格式
      • 3.2.1 无符号数和有符号数
      • 3.2.2 定点和浮点表示
    • 3.3 定点机器数表示方法
      • 3.3.1 原码表示法
      • 3.3.2 补码表示法
      • 3.3.3 反码表示法
      • 3.3.4 移码表示法
    • 3.4 浮点机器数表示方法
      • 3.4.1 浮点数的格式
      • 3.4.2 浮点数的规格化表示
      • 3.4.3 浮点数的表示范围
      • 3.4.4 IEEE 754浮点数标准
    • 3.5 非数值数据的表示
      • 3.5.1 字符编码
      • 3.5.2 汉字编码
    • 3.6 校验码
      • 3.6.1 校验码概述
      • 3.6.2 奇偶校验码
      • 3.6.3 海明校验码
    • 3.7 现代计算机系统的数据类型
      • 3.7.1 CPU硬件支持的数据类型
      • 3.7.2 高级语言支持的数据类型
    • 本章小结
    • 习题
  • 第4章 运算方法与运算器
    • 4.1 计算机中的运算操作
      • 4.1.1 从高级语言到机器语言的运算
      • 4.1.2 移位运算
    • 4.2 定点数的加减运算
      • 4.2.1 补码加减运算及运算器
      • 4.2.2 移码加减运算与判溢
      • 4.2.3 十进制加法运算
    • 4.3 定点数的乘法运算
      • 4.3.1 乘除法实现方法概述
      • 4.3.2 原码串行乘法器
      • 4.3.3 补码串行乘法器
      • 4.3.4 阵列乘法器
    • 4.4 定点数的除法运算
      • 4.4.1 原码串行除法器
      • 4.4.2 阵列除法器
    • 4.5 定点运算器的组成与结构
      • 4.5.1 定点运算器的组成
      • 4.5.2 运算器结构与数据通路
      • 4.5.3 多端口寄存器堆
      • 4.5.4 标志寄存器
    • 4.6 浮点运算及运算器
      • 4.6.1 浮点加减运算
      • 4.6.2 浮点乘法运算
      • 4.6.3 浮点除法运算
      • 4.6.4 浮点运算器结构
    • 4.7 现代计算机的运算器
      • 4.7.1 超级计算机及微处理器中的运算器
      • 4.7.2 Intel 8.3.7浮点运算器
      • 4.7.3 运算操作的流水线
    • 本章小结
    • 习题
  • 第5章 存储系统
    • 5.1 存储系统概述
      • 5.1.1 基本概念和存储器分类
      • 5.1.2 存储器的性能指标
      • 5.1.3 存储器的层次结构
    • 5.2 主存储器
      • 5.2.1 主存储器工作原理
      • 5.2.2 SRAM
      • 5.2.3 DRAM
      • 5.2.4 SDRAM
      • 5.2.5 ROM
      • 5.2.6 主存中的数据存储方式
    • 5.3 主存储器与CPU的连接
      • 5.3.1 存储器芯片介绍
      • 5.3.2 存储容量的扩展
      • 5.3.3 主存储器与CPU的连接
      • 5.3.4 内存条和内存插槽
    • 5.4 高速存储器
      • 5.4.1 弥补速度差异的策略
      • 5.4.2 双端口存储器
      • 5.4.3 多体交叉存储器
      • 5.4.4 相联存储器
    • 5.5 高速缓冲存储器(Cache)
      • 5.5.1 Cache的基本原理
      • 5.5.2 主存与Cache的地址映射方式
      • 5.5.3 替换算法
      • 5.5.4 写策略
      • 5.5.5 Cache设计
    • 5.6 虚拟存储器
      • 5.6.1 基本概念
      • 5.6.2 页式虚拟存储器
      • 5.6.3 段式和段页式虚拟存储器
      • 5.6.4 存储保护
    • 5.7 Cache设计实例
      • 5.7.1 P6微架构下的Cache
      • 5.7.2 Intel NetBurst微架构下的Cache
      • 5.7.3 Intel Haswell微架构下的Cache设计
    • 5.8 磁盘存储器
      • 5.8.1 硬盘存储器
      • 5.8.2 独立磁盘冗余阵列(RAID)
    • 本章小结
    • 习题
  • 第6章 指令系统
    • 6.1 指令系统概述
      • 6.1.1 机器指令与指令系统
      • 6.1.2 指令信息
      • 6.1.3 指令集体系结构
    • 6.2 指令格式
      • 6.2.1 指令格式与字长
      • 6.2.2 地址码
      • 6.2.3 操作数类型
      • 6.2.4 指令操作码及扩展技术
    • 6.3 寻址方式
      • 6.3.1 指令寻址
      • 6.3.2 数据寻址
    • 6.4 指令系统的设计
      • 6.4.1 指令系统的设计要求
      • 6.4.2 指令类型
      • 6.4.3 指令系统的发展历程
      • 6.4.4 CISC与RISC特点
    • 6.5 指令系统举例
      • 6.5.1 x86指令系统
      • 6.5.2 Yy-z02模型机指令系统
    • 6.6 RISC-V指令系统
      • 6.6.1 RISC-V指令集概述
      • 6.6.2 RV32I通用寄存器堆
      • 6.6.3 RV32I指令格式
      • 6.6.4 RV32I指令类型与指令编码
      • 6.6.5 RV32I寻址方式
    • 6.7 ARM指令系统
      • 6.7.1 指令集简介
      • 6.7.2 ARMv7寄存器使用约定
      • 6.7.3 ARMv7寻址方式
      • 6.7.4 ARM模型机目标指令集
      • 6.7.5 ARMv8-A架构简介
    • 本章小结
    • 习题
  • 第7章 控制器
    • 7.1 控制器概述
      • 7.1.1 计算机硬件组成与CPU基本功能
      • 7.1.2 控制器的功能与组成
      • 7.1.3 时序系统及其控制
      • 7.1.4 单周期、多周期与流水线实现
      • 7.1.5 控制器的设计步骤
    • 7.2 Yy-z02模型机的系统结构与数据通路
      • 7.2.1 Yy-z02模型机的系统结构
      • 7.2.2 Yy-z02模型机的数据通路
      • 7.2.3 Yy-z02模型机的指令执行过程
    • 7.3 硬布线控制器
      • 7.3.1 硬布线控制器的结构与原理
      • 7.3.2 Yy-z02模型机的硬布线控制器设计
    • 7.4 微程序控制器
      • 7.4.1 微程序控制的基本概念
      • 7.4.2 微程序控制器的组成与结构
      • 7.4.3 微程序控制器的设计方法
      • 7.4.4 微程序设计技术
      • 7.4.5 微程序控制器与硬布线控制器的比较
    • 本章小结
    • 习题
  • 第8章 RISC-V与ARM模型机设计实例
    • 8.1 RISC-V模型机的设计
      • 8.1.1 RISC-V模型机的目标指令集
      • 8.1.2 RISC-V模型机的部件设计
      • 8.1.3 运算及传送指令的数据通路设计
      • 8.1.4 访存指令的数据通路设计
      • 8.1.5 转移类指令的数据通路设计
      • 8.1.6 RISC-V模型机控制单元的设计
    • 8.2 ARM模型机的设计
      • 8.2.1 取指令数据通路设计
      • 8.2.2 数据处理指令的数据通路设计
      • 8.2.3 状态寄存器访问指令的数据通路
      • 8.2.4 分支跳转指令的数据通路
      • 8.2.5 单数据访存指令的数据通路
      • 8.2.6 块数据访存指令的数据通路
      • 8.2.7 ARM模型机控制单元的设计
    • 本章小结
    • 习题
  • 第9章 输入输出系统
    • 9.1 概述
      • 9.1.1 输入输出系统的构成
      • 9.1.2 外设与CPU的连接
    • 9.2 输入输出接口
      • 9.2.1 I/O接口的功能
      • 9.2.2 I/O接口的组成
    • 9.3 主机与外设交换信息的方式
    • 9.4 中断系统
      • 9.4.1 中断的基本概念
      • 9.4.2 中断请求与判优
      • 9.4.3 中断响应
      • 9.4.4 中断服务与返回
      • 9.4.5 中断举例
    • 9.5 DMA
      • 9.5.1 DMA基本原理
      • 9.5.2 DMA举例
    • 本章小结
    • 习题
  • 第10章 流水线与并行处理技术
    • 10.1 流水线原理
      • 10.1.1 流水线基本概念
      • 10.1.2 流水线分类
      • 10.1.3 流水线性能分析
    • 10.2 RISC-V模型机的流水线设计
    • 10.3 流水线相关及处理
      • 10.3.1 结构相关
      • 10.3.2 数据相关
      • 10.3.3 控制相关
      • 10.3.4 流水线的中断与处理
    • 10.4 流水线的调度方法
      • 10.4.1 静态编译器调度
      • 10.4.2 流水线的动态调度技术
    • 10.5 高级指令流水线技术
      • 10.5.1 超标量流水线技术
      • 10.5.2 超流水线技术
      • 10.5.3 超长指令字技术
      • 10.5.4 向量流水技术
      • 10.5.5 多线程和超线程技术
    • 10.6 并行处理技术
      • 10.6.1 并行处理技术的基本概念
      • 10.6.2 SIMD阵列处理机
      • 10.6.3 多处理机系统
      • 10.6.4 多核处理器
    • 10.7 现代处理器的系统结构
      • 10.7.1 鲲鹏920处理器
      • 10.7.2 昇腾AI处理器
      • 10.7.3 Intel Core i7处理器
      • 10.7.4 玄铁910处理器
    • 本章小结
    • 习题
  • 附录A 计算机硬件基础
    • A.1 半导体器件的开关特性
      • A.1.1 二极管的开关特性
      • A.1.2 三极管的开关特性
      • A.1.3 MOS管的开关特性
    • A.2 基本逻辑运算和基本门电路
      • A.2.1 逻辑变量和逻辑表达式
      • A.2.2 逻辑门
      • A.2.3 逻辑代数的基本定律
      • A.2.4 逻辑函数的化简
    • A.3 组合逻辑电路
      • A.3.1 加法器
      • A.3.2 算术逻辑部件(ALU)
      • A.3.3 译码器
      • A.3.4 数据选择器
    • A.4 时序逻辑电路
      • A.4.1 触发器
      • A.4.2 寄存器
      • A.4.3 移位寄存器
      • A.4.4 计数器
    • A.5 计算机芯片的制造过程
      • A.5.1 制造芯片的准备阶段
      • A.5.2 光刻蚀
      • A.5.3 掺杂
      • A.5.4 测试、切割和封装
    • 习题
  • 附录B Yy-z02实验系统的微程序设计
    • B.1 Yy-z02实验系统的微程序控制器
      • B.1.1 微程序控制器结构
      • B.1.2 指令译码及后继微地址修改逻辑
    • B.2 Yy-z02实验系统的微程序设计
    • 习题
  • 参考文献

本课程从计算机组成原理与系统结构的基本概念出发,较为详细、系统地论述了计算机单机系统的基本组成、工作原理和设计方法;并从提高计算机性能的角度,分析探讨了计算机系统结构的基本原理和方法。全书共分10章,主要内容包括计算机组成原理概论、计算机硬件基础、信息编码与数据表示、运算方法与运算器、存储体系、指令系统、控制器、输入输出系统、总线、流水线与并行处理技术。

本课程配有相应的FPGA实验系统(可设计MIPS体系结构的计算机组成部件及其CPU)、Yy-z02计算机组成原理实验系统及其实验CAI软件,使理论教学与实践环节相结合,提高学生的学习兴趣及动手能力。本书每章后面都附有习题,并开发了与本书配套的多媒体教学软件和习题解答。

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