第1章 计算机系统概论 1
1.1 计算机的发展历程 1
1.2 计算机的硬件 4
1.2.1 计算机硬件的组成 4
1.2.2 计算机的工作过程 7
1.3 计算机的软件 8
1.3.1 计算机系统软件 8
1.3.2 计算机应用软件 11
1.4 计算机系统的层次结构 11
1.4.1 从硬件角度划分计算机系统 11
1.4.2 从软件角度划分计算机系统 12
1.5 计算机的性能指标 12
1.5.1 吞吐量和响应时间 13
1.5.2 CPU时钟周期和主频 13
1.5.3 每条指令平均时钟周期数 CPI和CPU执行时间 13
1.5.4 MIPS和MFLOPS 13
1.5.5 性能评测 14
本章小结 16
习题 16
第2章 运算方法和运算部件 17
2.1 运算器部件 17
2.1.1 加法器 17
2.1.2 串行加法器与并行加法器 18
2.1.3 算术逻辑单元 20
2.2 定点数加减运算 21
2.2.1 定点数的表示方法 21
2.2.2 补码加减法 22
2.2.3 溢出及判别方法 24
2.3 二进制乘法运算 25
2.3.1 原码一位乘法 25
2.3.2 补码一位乘法 28
2.3.3 补码二位乘法 30
2.4 二进制除法运算 31
2.4.1 原码一位除法 31
2.4.2 补码一位除法 35
2.5 浮点数的运算方法 36
2.5.1 浮点数的表示方法 36
2.5.2 浮点加减法运算 37
2.5.3 浮点乘除法运算 38
本章小结 40
习题 40
第3章 指令系统 42
3.1 指令系统概述 42
3.1.1 指令系统的发展 42
3.1.2 完善的指令系统应达到的要求 43
3.2 指令格式概述 44
3.2.1 指令格式 44
3.2.2 指令操作码的扩展技术 45
3.2.3 指令长度与字长的关系 47
3.3 数据表示 48
3.4 寻址方式 48
3.4.1 隐含寻址 49
3.4.2 立即数寻址方式 49
3.4.3 直接寻址方式 49
3.4.4 寄存器寻址方式 49
3.4.5 间接寻址方式 50
3.4.6 变址寻址方式 51
3.4.7 相对寻址方式 51
3.4.8 基址寻址 51
3.5 指令的分类 52
3.5.1 数据传送指令 52
3.5.2 算术逻辑运算指令 52
3.5.3 移位指令 53
3.5.4 字符串处理指令 53
3.5.5 转移类指令 53
3.5.6 堆栈及堆栈操作指令 54
3.5.7 输入/输出（I/O）指令 55
3.5.8 浮点运算指令 56
3.5.9 向量与多处理机指令 56
3.5.10 控制指令 56
3.6 精简指令系统计算机 56
3.6.1 CISC 与 RISC 56
3.6.2 RISC 的特点 57
3.7 汇编语言编程基础 59
3.7.1 汇编语言语句行的构成 59
3.7.2 汇编语言源程序的结构 61
3.7.3 汇编语言程序设计的方法 62
本章小结 63
习题 63
第4章 控制器部件 65
4.1 计算机中的控制器 65
4.1.1 控制器的功能 65
4.1.2 控制器的组成 66
4.2 硬布线控制的计算机 67
4.2.1 组合逻辑控制信号的产生 67
4.2.2 操作控制信号产生的一般方法 68
4.2.3 硬布线控制逻辑设计过程 69
4.3 微程序控制计算机 70
4.3.1 微程序控制的基本概念 70
4.3.2 实现微程序控制的基本原理 71
4.3.3 微程序设计技术 72
4.3.4 硬布线控制与微程序控制的比较 76
4.4 Pentium微处理器 76
4.5 控制器的控制方式 79
本章小结 80
习题 80
第5章 存储系统 83
5.1 存储器与存储系统概述 83
5.1.1 存储器分类 83
5.1.2 存储系统的层次结构 84
5.2 主存储器 85
5.2.1 主存储器的主要技术指标 85
5.2.2 读/写存储器 86
5.2.3 非易失性半导体存储器 88
5.2.4 半导体存储器的组成与控制 89
5.3 并行存储器 91
5.3.1 单体多字并行存储器 91
5.3.2 多体交叉存储器 92
5.4 高速缓冲存储器 93
5.4.1 cache工作原理 93
5.4.2 cache的一致性问题 95
5.4.3 cache组织 96
5.5 虚拟存储器 100
5.5.1 虚拟存储器概述 100
5.5.2 段式虚拟存储器 100
5.5.3 页式虚拟存储器 100
5.5.4 段页式虚拟存储器 102
5.6 存储保护 103
本章小结 104
习题 105
第6章 输入/输出（I/O）设备 106
6.1 外部设备概述 106
6.2 常用输入设备 107
6.2.1 键盘 107
6.2.2 图形板 107
6.2.3 鼠标 107
6.2.4 触摸屏 108
6.2.5 图像输入设备（摄像机和数码照相机） 108
6.2.6 手写输入 108
6.3 显示器设备 108
6.3.1 显示设备种类 108
6.3.2 显示技术中的有关术语 110
6.4 打印设备 111
6.4.1 点阵针式打印机 111
6.4.2 激光打印机 112
6.4.3 喷墨打印机 113
6.4.4 热转印打字机 113
6.4.5 打印机的发展趋势 114
6.5 辅助存储器 114
6.5.1 磁表面存储器技术指标 115
6.5.2 磁记录原理与记录方式 116
6.5.3 硬磁盘存储器 121
6.5.4 光盘存储器 124
本章小结 127
习题 127
第7章 输入/输出（I/O）系统 129
7.1 输入/输出（I/O）系统概述 129
7.1.1 输入/输出设备的编址 129
7.1.2 I/O接口基本功能 130
7.2 程序直接控制输入/输出方式 130
7.3 程序中断输入/输出方式 131
7.3.1 有关中断的一些概念 131
7.3.2 中断处理 133
7.4 DMA输入/输出方式 137
7.4.1 DMA3种工作方式 137
7.4.2 DMA控制器组成 137
7.4.3 DMA的数据传送过程 138
7.5 通道控制方式和外围处理机 138
7.5.1 I/O通道的种类 139
7.5.2 通道型I/O处理机（IOP）和外围处理机 140
7.6 总线结构 141
7.6.1 总线的分类 141
7.6.2 总线的结构 142
7.6.3 总线组成 143
7.6.4 总线标准 146
7.6.5 外设接口 148
本章小结 151
习题 151
第8章 流水线技术 152
8.1 流水线的基本概念 152
8.1.1 流水线基本工作原理 153
8.1.2 流水线的性能指标 154
8.2 流水线冲突 157
8.2.1 数据冲突 157
8.2.2 结构冲突 157
8.2.3 控制冲突 158
8.3 流水线技术简介 158
8.3.1 指令级并行技术 159
8.3.2 超标量流水线技术 160
8.3.3 超级流水线技术 161
8.3.4 VLIW流水线技术 161
8.3.5 EPIC技术 163
8.3.6 循环级并行技术 163
本章小结 164
习题 164
第9章 多核技术 165
9.1 多核技术的基本概念 165
9.2 多核处理器的架构 166
9.2.1 PWRficient处理器的架构 166
9.2.2 Sun公司的UltraSPARC T1 167
9.2.3 IBM Cell的架构 169
9.2.4 Many Core X86处理器架构 169
9.2.5 HyperTransport协处理器系统架构 171
9.3 对多核处理器的支持 174
9.3.1 固件 174
9.3.2 EFI对多核处理器的支持 174
9.3.3 操作系统对多核处理器的支持 175
9.4 并发多线程技术 176
9.4.1 进程 176
9.4.2 线程 177
9.4.3 并发多线程技术 177
本章小结 180
习题 180
第10章 并行计算机体系结构 181
10.1 SIMD计算机和MIMD计算机 181
10.1.1 计算机体系结构分类 181
10.1.2 SIMD 并行处理机系统（阵列处理机系统） 182
10.1.3 多处理机系统（MIMD计算机） 183
10.2 互连网络 186
10.2.1 互连网络的基本概念 186
10.2.2 静态网络 187
10.2.3 动态网络 187
10.2.4 网络的互连函数 187
10.3 并行计算机访存模型与并行计算模型 191
10.3.1 并行计算机访存模型 191
10.3.2 并行计算模型 191
10.3.3 存储一致性模型 193
本章小结 196
习题 196
参考文献 198
