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第1章 计算机概述1

1.1 计算机的产生与发展1

1.1.1 计算机的产生1

1.1.2 计算机的发展2

1.2 计算机的类型、特点、性能指标与应用3

1.2.1 计算机的类型与特点3

1.2.2 计算机的主要性能指标4

1.2.3 计算机的应用与发展趋势5

1.3 计算机系统概述7

1.3.1 硬件系统8

1.3.2 软件系统9

1.3.3 指令与程序10

1.3.4 计算机系统的层次结构11

1.4 计算机系统结构概述13

1.4.1 计算机系统结构的内涵13

1.4.2 计算机系统的组成与实现14

1.4.3 计算机系统结构的类型15

1.4.4 计算机系统性能分析16

习题一20

第2章 计算机中数据的类型、表示与运算22

2.1 数据类型与数据表示22

2.1.1 数据类型22

2.1.2 数据表示23

2.2 二进制数及与不同进制数的转换24

2.2.1 二进制数的表示与运算24

2.2.2 二进制数与不同进制数的转换27

2.3 十进制数与字符的二进制数表示30

2.3.1 十进制数的二进制数表示31

2.3.2 字符的二进制数表示32

2.4 原码、补码、反码及运算33

2.4.1 机器数与原码33

2.4.2 补码与运算34

2.4.3 反码与运算36

2.4.4 溢出与变形补码36

2.5 定点数与浮点数38

2.5.1 定点数38

2.5.2 浮点数39

2.5.3 IEEE 754标准40

习题二41

第3章 运算器44

3.1 算术逻辑部件44

3.1.1 加法器44

3.1.2 并行加法运算与快速进位链46

3.2 算术逻辑运算实现过程48

3.2.1 定点数加减法运算48

3.2.2 定点数乘法运算49

3.2.3 定点数除法运算52

3.2.4 浮点数运算56

3.2.5 逻辑运算58

3.3 运算器系统组成与举例59

3.3.1 运算器系统组成59

3.3.2 运算器举例61

习题三63

第4章 指令系统与汇编语言程序设计65

4.1 指令系统概述65

4.1.1 指令与程序65

4.1.2 汇编语言程序66

4.1.3 指令系统的设计要求与分类67

4.2 地址分配与指令优化设计69

4.2.1 地址分配69

4.2.2 寻址方式71

4.2.3 指令格式与优化设计73

4.3 指令系统举例与汇编语言程序设计77

4.3.1 80x86指令系统78

4.3.2 汇编语言程序设计94

习题四99

第5章 控制器102

5.1 程序执行过程102

5.2 控制器的功能与组成103

5.2.1 控制器的功能103

5.2.2 控制器的组成104

5.3 微操作信号发生器106

5.3.1 组合逻辑控制器107

5.3.2 指令执行过程举例109

5.3.3 微程序控制器111

习题五116

第6章 存储器体系结构118

6.1 存储器概述118

6.1.1 存储器分类118

6.1.2 存储器的主要性能指标119

6.1.3 存储器的组成120

6.2 随机存取存储器122

6.2.1 基本存储单元122

6.2.2 随机存取存储器举例124

6.3 只读存储器126

6.3.1 固定只读存储器126

6.3.2 可编程只读存储器128

6.3.3 可改写只读存储器128

6.3.4 电擦除与快闪存储器129

6.3.5 只读存储器举例130

6.4 存储器与CPU的连接133

6.4.1 位扩展133

6.4.2 容量扩展133

6.4.3 片选信号134

6.5 辅助存储器135

6.5.1 磁盘存储器135

6.5.2 光盘存储器139

6.6 存储器的层次结构与系统组成142

6.6.1 存储器的层次结构142

6.6.2 基本概念与性能参数142

6.6.3 多体并行存储器144

6.6.4 磁盘阵列146

6.7 高速缓冲存储器149

6.7.1 Cache的基本概念149

6.7.2 Cache的组成与工作原理150

6.7.3 地址映像与变换151

6.7.4 Cache置换策略与主存更新155

6.7.5 Cache性能分析159

6.8 虚拟存储器161

6.8.1 基本概念161

6.8.2 虚拟存储器的管理方式163

6.8.3 虚拟地址快速变换法168

6.8.4 置换策略169

6.8.5 虚拟存储器管理举例170

6.9 存储器保护措施174

习题六175

第7章 常用输入输出设备178

7.1 概述178

7.2 常用输入设备179

7.2.1 键盘179

7.2.2 鼠标器181

7.2.3 扫描仪182

7.3 常用输出设备——显示器184

7.3.1 CRT显示器184

7.3.2 LCD显示器187

7.4 常用输出设备——打印机188

7.4.1 打印机控制系统188

7.4.2 激光打印机189

7.4.3 喷墨打印机189

7.5 多媒体技术与设备191

习题七192

第8章 总线技术与输入输出方式194

8.1 总线技术194

8.1.1 总线的基本概念194

8.1.2 总线的组成与标准195

8.2 总线结构与总线数据传输方式196

8.2.1 总线结构196

8.2.2 总线数据传输方式198

8.3 输入输出接口199

8.3.1 输入输出接口概述199

8.3.2 I/O接口的功能199

8.3.3 I/O接口的组成200

8.3.4 I/O端口编址201

8.3.5 I/O接口分类201

8.4 输入输出方式202

8.4.1 直接传送方式202

8.4.2 程序查询传送方式204

8.4.3 中断控制传送方式206

8.4.4 直接存储器存取方式207

8.4.5 通道控制方式与I/O处理器208

习题八209

第9章 标量流水线技术211

9.1 概述211

9.2 标量流水线213

9.2.1 标量流水线工作原理213

9.2.2 标量流水线分类215

9.2.3 流水线性能分析216

9.2.4 流水线中的主要障碍220

9.2.5 流水线的实现与控制226

9.2.6 流水线的动态调度228

9.3 指令级流水线232

9.3.1 指令级流水线概述232

9.3.2 超级标量流水线232

9.3.3 超长指令字234

9.3.4 软件流水法236

9.3.5 超级流水机举例237

习题九238

第10章 向量流水与向量处理机241

10.1 向量数据表示与自定义数据241

10.1.1 向量数据表示241

10.1.2 自定义数据表示243

10.2 向量流水的工作原理245

10.2.1 向量流水的概念与特点245

10.2.2 向量处理机的基本组成246

10.2.3 向量启动时间与结果流出时间247

10.2.4 向量操作长度控制与向量访问步长248

10.3 向量处理与增强向量处理性能的方法250

10.3.1 向量处理方法250

10.3.2 增强向量处理性能的方法251

10.4 向量处理性能的评价参数与评价方法257

10.4.1 机器向量长度与向量流水处理时间257

10.4.2 向量流水操作中处理时间及速率与向量长度的关系258

10.4.3 向量流水处理中与向量长度有关的参数259

10.5 向量化编译技术260

10.6 向量处理机举例261

10.6.1 多向量多处理机CRAY Y-MP 816261

10.6.2 C90262

习题十263

第11章 计算机互联网络技术266

11.1 互联网络基本概念266

11.1.1 互联网络的功能与性能指标266

11.1.2 互联函数269

11.2 静态互联网络272

11.2.1 静态互联网络结构272

11.2.2 静态互联网络特性276

11.3 动态互联网络277

11.3.1 总线互联方式277

11.3.2 交叉开关互联方式278

11.3.3 多级网络互联方式279

11.4 消息传送与控制287

11.4.1 消息寻径方式287

11.4.2 虚拟通道与死锁290

11.4.3 流控制策略291

习题十一294

第12章 并行处理技术与阵列机原理296

12.1 并行处理技术296

12.1.1 并行处理的基本概念296

12.1.2 开发并行性的途径297

12.2 SIMD阵列机298

12.2.1 SIMD阵列机的基本结构298

12.2.2 阵列机并行算法300

12.2.3 SIMD阵列机的特点304

12.2.4 并行存储器无冲突访问304

12.2.5 典型SIMD阵列机举例306

习题十二309

第13章 并行多处理机与计算机系统结构的发展趋势311

13.1 并行多处理机的基本结构与类型311

13.1.1 紧耦合多处理机311

13.1.2 松耦合多处理机314

13.1.3 多处理机中高速缓存的一致性315

13.2 并行多处理机技术316

13.2.1 程序并行性分析317

13.2.2 并行程序设计语言318

13.2.3 多处理机操作系统320

13.2.4 多处理机调度策略321

13.3 并行多处理机系统的发展322

13.3.1 大规模并行处理机322

13.3.2 共享存储器型多处理机325

13.3.3 并行向量多处理机329

13.4 计算机系统结构的发展趋势331

习题十三333

参考文献336