圖書簡介：
本書內容包括計算機中數據的表示，基本的運算方法與運算器的構成，中央處理器的指令系統、尋址方式及控制器等基礎知識，以及構成計算機的其他組成部件(如總線、存儲器、輸入/輸出技術與設備)。
本書共分為9章，第1章緒論主要介紹計算機的發展史以及計算機的基本組成和分類，第2章全面介紹計算機中的數據表示方法，包括數據編碼、非數值數據的編碼和檢錯與糾錯編碼。第3章包括定點數的運算方法、算術邏輯單元和浮點運算的方法。第4章著重講解指令格式、存儲及尋址方式、指令系統和精簡指令集計算機。第5章講解CPU的結構、指令系統設計、CPU執行指令的過程和CPU的部件設計等內容。第6章介紹流水線技術，包括流水線的性能分析、流水線中的相關、指令級并行和其他有關技術。第7章包括存儲器的分類、主存儲器、高速緩沖存儲器、虛擬存儲器等內容。第8章介紹輸入/輸出基本原理、中斷方式、直接存儲器存取、通道方式。第9章包括多機互聯網絡、對稱多處理機系統、分布式共享存儲器多機系統和多機系統其他結構形式等內容。綜觀全書，既有宏觀的指導，也有微觀細節的介紹；既有生動的實例講解，也有典型經驗的分享。
本書內容充實、簡明扼要、重點突出，涵蓋了計算機組成與結構的基本內容，并增加了一些新的內容。本書可作為高校理工科專業“計算機組成原理”或“計算機組成與系統結構”課程的教科書，也可作為從事計算機行業的一般工程技術人員的參考書。
前 言
本書是將“計算機組成原理”和“計算機系統結構”兩門課的教材內容整合在一起構成的。原因在于先前的兩門課的內容在許多地方是重復的，同時在新的教學計劃中所分配的教學時間比較少，分成兩門課實施起來困難較大，合成一門課更加適合于教學需求。
本書共分為9章，第1章緒論主要介紹計算機的發展史以及計算機的基本組成和分類，為后面章節做好鋪墊。第2章全面介紹計算機中的數據表示方法，包括數據編碼、非數值數據的編碼和檢錯與糾錯編碼。第3章包括定點數的運算方法、算術邏輯單元和浮點運算的方法。第4章著重講解指令格式、存儲及尋址方式、指令系統和精簡指令集計算機。第5章講解CPU的結構、指令系統設計、CPU執行指令的過程和CPU的部件設計等內容。第6章介紹流水線技術，包括流水線的性能分析、流水線中的相關、指令級并行和其他有關技術。第7章包括存儲器的分類、主存儲器、高速緩沖存儲器、虛擬存儲器等內容。第8章介紹輸入/輸出基本原理、中斷方式、直接存儲器存取、通道方式。第9章包括多機互聯網絡、對稱多處理機系統、分布式共享存儲器多機系統和多機系統其他結構形式等內容。綜觀全書，既有宏觀的指導，也有微觀細節的介紹；既有生動的實例講解，也有典型經驗的分享。
本書著重說明計算機組成與系統結構中的基本原理、基本概念和基本方法，以便讀者在學完本書之后，能夠牢固地掌握基礎知識。本書并不注重具體工程問題的實現細節，其軟硬件解決方案留待“微型計算機原理及接口技術”課去解決。
本書可作為高校理工科專業“計算機組成原理”或“計算機組成原理與系統結構”課程的教科書，也可作為從事計算機行業的一般工程技術人員的參考書。
在本書的編寫過程中，作者努力將基本概念及基本方法闡述清楚，簡明扼要，通俗易懂，重點突出，同時融作者多年教學實踐中的體會與心得。盡管做了努力，但由于水平有限，錯誤及不當之處在所難免，敬請讀者批評指正。
編 者
目 錄第1章 緒論 1
1.1 計算機的發展史 2
1.1.1 發展經歷 2
1.1.2 摩爾定律 3
1.2 計算機的基本組成 5
1.2.1 硬件系統 5
1.2.2 軟件系統 8
1.3 計算機的分層組織結構 9
1.3.1 計算機分層結構形式 9
1.3.2 計算機系統結構、
組成與實現 10
1.4 計算機的分類及性能描述 12
1.4.1 計算機的分類 12
1.4.2 計算機的性能描述 14
1.5 課后練習 21
第2章 計算機中的數據表示 23
2.1 數據編碼 24
2.1.1 數值數據的編碼 24
2.1.2 數據的浮點表示 31
2.1.3 BCD碼 37
2.2 非數值數據的編碼 39
2.2.1 ASCII碼 39
2.2.2 漢字編碼 41
2.3 檢錯與糾錯編碼 44
2.3.1 奇偶校驗碼 44
2.3.2 海明碼 45
2.3.3 循環冗余校驗碼 47
2.4 課后練習 49
第3章 運算方法與運算器 52
3.1 定點數運算 53
3.1.1 加減運算 53
3.1.2 乘法運算 61
3.1.3 除法運算 69
3.2 算術邏輯單元 74
3.2.1 單元電路 74
3.2.2 算術單元 77
3.2.3 運算器的結構 79
3.3 浮點運算 80
3.3.1 浮點加減運算 80
3.3.2 浮點乘除運算 83
3.3.3 浮點運算的實現 86
3.4 課后練習 86
第4章 指令系統 91
4.1 指令格式 92
4.1.1 概述 92
4.1.2 指令信息及格式 93
4.1.3 指令設計 95
4.2 存儲及尋址方式 99
4.2.1 主存中的數據存儲方式 99
4.2.2 尋址方式 99
4.3 指令系統 108
4.3.1 傳送指令 108
4.3.2 算術運算指令 109
4.3.3 邏輯運算指令 112
4.3.4 移位及循環移位指令 113
4.3.5 程序控制指令 114
4.3.6 處理器控制指令 116
4.3.7 串操作指令 116
4.3.8 位操作指令 117
4.3.9 其他指令 118
4.4 精簡指令集計算機 118
4.4.1 指令系統的從簡到繁 118
4.4.2 精簡指令集計算機的
由來及特點 119
4.5 課后練習 120
第5章 中央處理器 123
5.1 CPU的結構 124
5.1.1 CPU的功能 124
5.1.2 構成CPU的主要部件 124
5.2 指令系統設計 127
5.2.1 設計CPU的尋址方式 127
5.2.2 指令的設計 128
5.3 CPU執行指令的過程 132
5.3.1 指令時序 132
5.3.2 指令執行過程分析 135
5.4 CPU的部件設計 142
5.4.1 熟悉部件的回顧 142
5.4.2 指令執行的詳細說明 144
5.4.3 組合邏輯控制器設計 148
5.4.4 微程序控制器設計 150
5.5 課后練習 163
第6章 流水線技術 166
6.1 概述 167
6.1.1 流水線概述 167
6.1.2 流水線的分類 169
6.2 流水線的性能分析 172
6.2.1 吞吐率 172
6.2.2 加速比 175
6.2.3 效率 176
6.3 流水線中的相關 178
6.3.1 概述 178
6.3.2 結構相關 179
6.3.3 數據相關 181
6.3.4 控制相關 183
6.3.5 流水線的中斷處理 189
6.3.6 帶成功開銷的流水線性能 191
6.4 指令級并行 191
6.4.1 指令級并行概述 191
6.4.2 提高指令級并行的方法 193
6.5 其他有關技術 202
6.5.1 超標量處理機 202
6.5.2 超流水線處理機 203
6.5.3 超標量超流水線處理機 204
6.5.4 超長指令字處理機 205
6.6 課后練習 206
第7章 存儲系統 208
7.1 存儲系統概述 209
7.1.1 存儲系統的層次結構 209
7.1.2 存儲器的分類 209
7.1.3 存儲器的性能指標 210
7.2 主存儲器 212
7.2.1 隨機讀寫存儲器 212
7.2.2 只讀存儲器 223
7.2.3 動態讀寫存儲器 228
7.2.4 主存儲器校驗 235
7.2.5 其他存儲器 240
7.3 高速緩沖存儲器 244
7.3.1 工作原理 245
7.3.2 替換算法 251
7.3.3 主存與Cache內容的
一致性問題 252
7.3.4 Cache性能分析 253
7.3.5 Pentium的 Cache 255
7.4 虛擬存儲器 256
7.4.1 虛擬存儲器的概念 256
7.4.2 虛擬存儲器的管理 256
7.4.3 幾點說明 260
7.4.4 Pentium虛擬存儲器 261
7.5 課后練習 262
第8章 輸入/輸出系統 265
8.1 總線 266
8.1.1 概述 266
8.1.2 總線的信息傳送 268
8.1.3 典型總線介紹 272
8.2 輸入/輸出基本原理 280
8.2.1 外部設備 280
8.2.2 程序控制輸入/輸出技術 302
8.3 中斷方式 306
8.3.1 中斷的基本概念 306
8.3.2 中斷優先級控制 309
8.4 直接存儲器存取 311
8.4.1 DMA概述 311
8.4.2 DMA的一般過程 313
8.5 通道方式 314
8.5.1 通道方式的特點 314
8.5.2 通道的類型 315
8.5.3 通道的發展 315
8.6 課后練習 316
第9章 多機系統 318
9.1 概述 319
9.1.1 并行處理 319
9.1.2 并行計算機分類 319
9.2 多機互聯網絡 324
9.2.1 互聯函數 324
9.2.2 靜態互聯網絡 328
9.2.3 動態互聯網絡 332
9.3 對稱多處理機系統 343
9.3.1 對稱多處理機的構成 343
9.3.2 多機系統的性能分析 346
9.3.3 對稱多處理機系統Cache的
一致性 348
9.3.4 多處理機系統的
調度與負載平衡 355
9.4 分布式共享存儲器多機系統 361
9.4.1 分布式共享存儲器多機
系統的結構 361
9.4.2 CC-NUMA系統 362
9.5 多機系統其他結構形式 364
9.5.1 大規模并行處理系統 364
9.5.2 集群系統 365
9.5.3 向量處理機 368
9.5.4 高性能計算機的發展 370
9.6 課后練習 374
