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第1章 绪论1

1.1 计算机的发展史1

1.1.1 发展经历1

1.1.2 摩尔定律2

1.2 计算机的基本组成4

1.2.1 硬件系统4

1.2.2 软件系统7

1.3 计算机的分层组织结构8

1.3.1 计算机分层结构形式8

1.3.2 计算机系统结构、组成与实现9

1.4 计算机的分类及性能描述10

1.4.1 计算机的分类10

1.4.2 计算机的性能描述12

习题19

第2章 计算机中的数据表示21

2.1 数据编码21

2.1.1 数值数据的编码21

2.1.2 数据的浮点表示28

2.1.3 BCD码34

2.2 非数值数据的编码36

2.2.1 ASCII码36

2.2.2 汉字编码37

2.3 检错与纠错编码40

2.3.1 奇偶校验码40

2.3.2 海明码41

2.3.3 循环冗余校验码44

习题46

第3章 运算方法与运算器50

3.1 定点数运算50

3.1.1 加减运算50

3.1.2 乘法运算58

3.1.3 除法运算69

3.2 算术逻辑单元76

3.2.1 单元电路76

3.2.2 算术逻辑单元78

3.2.3 运算器的结构80

3.3 浮点运算81

3.3.1 浮点加减运算81

3.3.2 浮点乘除运算84

3.3.3 浮点运算的实现87

习题87

第4章 指令系统91

4.1 指令格式91

4.1.1 概述91

4.1.2 指令信息及格式92

4.1.3 指令设计94

4.2 寻址方式97

4.2.1 主存中数据存储方式98

4.2.2 寻址方式98

4.3 指令系统106

4.3.1 传送指令106

4.3.2 算术运算指令107

4.3.3 逻辑运算指令109

4.3.4 移位及循环移位指令111

4.3.5 程序控制指令112

4.3.6 处理器控制指令113

4.3.7 串操作指令113

4.3.8 位操作指令114

4.3.9 其他指令115

4.4 精减指令集计算机115

4.4.1 指令系统的从简到繁115

4.4.2 精减指令集计算机的特点116

习题117

第5章 中央处理器CPU120

5.1 CPU的结构120

5.1.1 CPU的功能120

5.1.2 构成CPU的主要部件121

5.2 指令系统设计123

5.2.1 设计CPU的寻址方式123

5.2.2 指令的设计124

5.3 CPU执行指令的过程128

5.3.1 指令时序128

5.3.2 指令执行过程分析131

5.4 CPU的部件设计137

5.4.1 熟悉部件的回顾137

5.4.2 指令执行的详细说明139

5.4.3 组合逻辑控制器设计143

5.4.4 微程序控制器设计145

习题157

第6章 流水线技术161

6.1 概述161

6.1.1 流水线概述161

6.1.2 流水线的分类163

6.2 流水线的性能分析166

6.2.1 吞吐率166

6.2.2 加速比169

6.2.3 效率170

6.3 流水线中的相关172

6.3.1 概述172

6.3.2 结构相关173

6.3.3 数据相关174

6.3.4 控制相关177

6.3.5 流水线的中断处理182

6.3.6 带成功开销的流水线性能184

6.4 指令级并行185

6.4.1 指令级并行概述185

6.4.2 提高指令级并行的方法186

6.5 其他有关技术195

6.5.1 超标量处理机195

6.5.2 超流水线处理机196

6.5.3 超标量超流水线处理机197

6.5.4 超长指令字处理机198

习题199

第7章 存储系统201

7.1 存储系统概述201

7.1.1 存储系统的层次结构201

7.1.2 存储器的分类201

7.1.3 存储器的性能指标202

7.2 内部存储器（主存储器）203

7.2.1 随机读写存储器（RAM）203

7.2.2 只读存储器（ROM）214

7.2.3 动态读写存储器（DRAM）217

7.2.4 主存储器校验224

7.2.5 其他存储器228

7.3 高速缓冲存储器232

7.3.1 工作原理232

7.3.2 替换算法238

7.3.3 主存—Cache内容的一致性问题239

7.3.4 Cache性能分析240

7.3.5 Pentium的Cache242

7.4 虚拟存储器243

7.4.1 虚拟存储器的概念243

7.4.2 虚拟存储器的管理243

7.4.3 几点说明247

7.4.4 Pentium虚拟存储器247

习题249

第8章 输入输出系统254

8.1 总线254

8.1.1 概述254

8.1.2 总线的信息传送256

8.1.3 典型总线介绍260

8.2 输入输出基本原理268

8.2.1 外部设备268

8.2.2 程序控制输入输出技术290

8.3 中断方式294

8.3.1 中断的基本概念294

8.3.2 中断优先级控制296

8.4 直接存储器存取298

8.4.1 DMA概述298

8.4.2 DMA的一般过程300

8.5 通道方式301

8.5.1 通道方式的特点301

8.5.2 通道的类型302

8.5.3 通道的发展302

习题303

第9章 多机系统305

9.1 概述305

9.1.1 并行处理305

9.1.2 并行计算机分类306

9.2 多机互连网络310

9.2.1 互连函数310

9.2.2 静态互连网络314

9.2.3 动态互连网络317

9.3 对称多处理机系统328

9.3.1 对称多处理机（SMP）构成328

9.3.2 多机系统的性能分析331

9.3.3 对称多处理机系统Cache一致性333

9.3.4 多处理机系统的调度与负载平衡339

9.4 分布式共享存储器多机系统345

9.4.1 分布式共享存储器多机系统结构345

9.4.2 CC-NUMA系统346

9.5 多机系统其他结构形式348

9.5.1 大规模并行处理系统348

9.5.2 集群系统349

9.5.3 向量处理机352

9.5.4 高性能计算机的发展354

习题358

第10章 基于EDA的计算机设计360

10.1 概述360

10.1.1 数字系统设计的发展360

10.1.2 数字系统的设计方法361

10.2 设计语言与工具362

10.2.1 EDA工具软件分类362

10.2.2 硬件描述语言VHDL363

10.2.3 System C373

10.2.4 QuartusⅡ374

10.3 基于VHDL的CPU设计376

10.3.1 单元电路的设计376

10.3.2 CPU设计概要387

10.4 SOC设计399

10.4.1 概述399

10.4.2 SOC片内总线404

10.4.3 IP核设计与复用411

10.4.4 SOC设计举例417

10.5 基于可配置处理器的SOC设计420

10.5.1 问题的由来420

10.5.2 Tensilica Xtensa可配置处理器421

习题428

参考文献429