本书系统地介绍了计算机的组成及其工作原理。全书共分7章，第1章概要介绍计算机的硬件结构、工作过程及性能指标；第2章介绍数据的表示与运算方法，以及运算部件组成；第3章介绍存储系统的层次结构，以及主存、Cache及虚拟存储器的组成与工作原理；第4章介绍指令系统的基本组成；第5章介绍CPU的组成原理、设计方法，以及流水线技术；第6~7章介绍总线互连及I/O系统。本书内容全面、概念准确、通俗易懂，注重通过大量例题分析来加深对各知识点的理解与掌握，重视知识点的融合以及整机概念的形成，兼顾基本原理在新技术中的应用。本书既可作为高等院校计算机专业计算机组成原理课程的教材，也可作为相关专业科技人员的参考书。
第2版前言
计算机组成原理是计算机专业一门重要的硬件基础课程，主要讨论计算机硬件的基本组成及工作原理，对深入理解计算机系统至关重要。本书是《计算机组成原理》（电子工业出版社，2010年）的修订版。本书有如下三个目标：以现代计算机技术为背景，掌握计算机的基本组成及原理；强调指令执行过程中硬件的协同工作过程，以形成计算机的整机概念；重视CPU等部件的逻辑设计方法，以培养系统设计能力。本书保留了第1版的框架和风格，对各章内容进行了大幅度的调整、删减及补充，以达到上述目标。例如，数据表示方法以C语言为例进行分析，虚拟存储器中增加MMU相关内容，指令系统兼顾RISC及CISC风格，CPU逻辑设计包含单周期及多周期数据通路、时序系统及中断机构组织，总线互连增加QPI总线、北桥等内容。全书内容共分7章，按照先了解计算机模型及硬件结构，再讨论各个子系统的组成及工作原理，逐步形成硬件系统的思路来组织。第1章介绍现代计算机的硬件结构、工作过程及性能指标；第2章介绍各种数据的表示方法，以及相应的运算方法组织和逻辑实现；第3章介绍存储系统的层次结构，以及主存、Cache及虚拟存储器的组成及工作原理；第4章介绍指令格式的组成，以及各种寻址方式；第5章介绍CPU的基本组成、工作原理，讨论数据通路、控制单元的组织与设计方法，以及流水线的工作原理；第6章介绍总线的传输与控制原理，以及总线的互连结构；第7章介绍I/O系统的组成，以及几种I/O方式的原理及组织方法。本书力求保持内容全面、概念准确、通俗易懂的特点，通过大量的量化分析、逻辑设计来加深对基本概念、基本原理的理解和掌握，通过知识点的融合来逐步形成整机概念。本书编写过程中，得到了国防科技大学沈立副教授、东南大学杨全胜副教授的大力帮助，陈衍庆等同学也为书稿的绘图做了大量工作，在此一并表示衷心的感谢。由于计算机结构与组成的理论及技术在不断发展，加之作者水平有限，书中难免存在不妥及疏漏之处，敬请广大读者及同行专家批评指正。
作 者2017年10月
任国林，东南大学计算机科学与工程学院计算机工程系系统结构教研室，副教授。 研究方向： 计算机体系结构、嵌入式系统、控制系统及其应用、多媒体压缩与传输技术。
目 录
第1章 计算机系统概述1
1.1 计算机的功能与软硬件1
1.2 计算机的发展历程2
1.3 计算机的硬件组成4
1.3.1 冯?诺依曼计算机4
1.3.2 计算机的结构与部件5
1.3.3 计算机的部件互连7
1.4 计算机系统的层次结构9
1.4.1 计算机的层次结构9
1.4.2 软件与硬件的关系11
1.4.3 计算机的结构与组成11
1.5 计算机系统的工作过程12
1.5.1 计算机的工作方式12
1.5.2 程序执行过程13
1.6 计算机系统的性能指标15
习题119
第2章 数据的表示与运算21
2.1 数据的编码21
2.1.1 数制及其转换21
2.1.2 机器数及其编码24
2.1.3 十进制数编码28
2.1.4 字符编码29
2.1.5 数据校验码30
2.2 数据的表示37
2.2.1 数据的表示方法37
2.2.2 整数的表示38
2.2.3 实数的表示40
2.2.4 非数值数据的表示44
2.2.5 数据表示举例46
2.3 定点数的运算48
2.3.1 常用的逻辑部件48
2.3.2 加减运算53
2.3.3 移位运算57
2.3.4 乘法运算59
2.3.5 除法运算67
2.4 浮点数的运算74
2.4.1 浮点加减运算74
2.4.2 浮点乘除运算78
2.5 十进制数的加减运算80
2.6 运算器的组成82
2.6.1 ALU的组成82
2.6.2 运算器的组织83
习题286
第3章 存储系统89
3.1 存储系统概述89
3.1.1 存储器的分类89
3.1.2 存储器的主要技术指标90
3.1.3 层次结构存储系统91
3.2 半导体存储技术93
3.2.1 静态存储器93
3.2.2 动态存储器97
3.2.3 半导体只读存储器101
3.3 主存储器104
3.3.1 主存储器的基本组成104
3.3.2 主存储器的逻辑设计105
3.3.3 主存储器与CPU的连接108
3.3.4 提高访存速度的技术111
3.4 高速缓冲存储器115
3.4.1 Cache的基本原理115
3.4.2 Cache的地址映射119
3.4.3 Cache的替换算法123
3.4.4 Cache的写策略125
3.4.5 Pentium的Cache组织126
3.5 虚拟存储器128
3.5.1 存储管理的相关概念128
3.5.2 虚拟存储器的基本原理130
3.5.3 虚拟存储器的存储管理131
3.5.4 页式虚拟存储器的实现133
习题3137
第4章 指令系统140
4.1 指令系统组成140
4.1.1 指令功能140
4.1.2 指令格式143
4.2 操作数的存放方式145
4.3 寻址方式148
4.3.1 指令寻址方式148
4.3.2 数据寻址方式148
4.3.3 指令格式分析及其应用152
4.4 指令系统举例154
4.4.1 MIPS指令系统155
4.4.2 Pentium指令系统160
4.5 指令系统发展163
习题4165
第5章 中央处理器168
5.1 CPU的组成与工作流程168
5.1.1 CPU的功能168
5.1.2 CPU的组成169
5.1.3 CPU的工作流程171
5.1.4 指令的执行过程172
5.2 数据通路的组织175
5.2.1 数据通路的组成175
5.2.2 数据通路的设计方法182
5.2.3 单周期数据通路的设计184
5.2.4 多周期数据通路的设计190
5.3 控制器的组成193
5.3.1 控制器的基本结构193
5.3.2 时序信号的形成195
5.3.3 OP控制信号的形成199
5.4 硬布线控制器的设计199
5.4.1 控制单元的设计步骤200
5.4.2 单周期控制单元的设计201
5.4.3 多周期控制单元的设计202
5.5 微程序控制器的设计205
5.5.1 微程序控制思想205
5.5.2 微程序控制器的组成与工作原理206
5.5.3 微指令格式208
5.5.4 微程序控制单元的设计211
5.6 异常及中断的处理214
5.6.1 异常及中断的基本概念214
5.6.2 异常及中断的处理过程215
5.6.3 支持异常处理的CPU设计218
5.7 指令流水线技术219
5.7.1 指令流水线概述220
5.7.2 指令流水线的冒险处理223
5.7.3 指令流水线的设计229
5.7.4 指令流水线的并行技术234
习题5236
第6章 总线240
6.1 总线概述240
6.1.1 总线的分类240
6.1.2 总线的特性242
6.1.3 总线的性能指标242
6.1.4 总线的操作过程243
6.2 总线仲裁245
6.2.1 集中式仲裁245
6.2.2 分布式仲裁247
6.3 总线定时与传输248
6.3.1 总线定时方式248
6.3.2 总线传输模式251
6.3.3 总线标准252
6.4 总线结构与互连254
6.4.1 总线结构254
6.4.2 总线互连257
习题6258
第7章 输入/输出系统260
7.1 I/O系统概述260
7.1.1 I/O系统的组成260
7.1.2 外设与主机的联系261
7.1.3 I/O的传送控制方式263
7.2 外部设备265
7.2.1 输入设备265
7.2.2 输出设备267
7.2.3 存储设备271
7.3 I/O接口280
7.3.1 I/O接口的功能280
7.3.2 I/O接口的组成280
7.3.3 对I/O接口的访问282
7.4 程序直接控制I/O方式282
7.4.1 程序查询方式的I/O控制流程282
7.4.2 程序查询方式的I/O接口组织284
7.4.3 直接传送方式的I/O组织285
7.5 程序中断I/O方式286
7.5.1 中断的概念286
7.5.2 中断接口的组织291
7.5.3 中断系统的结构292
7.5.4 多重中断与中断屏蔽的组织294
7.6 DMA方式297
7.6.1 DMA的传送方式297
7.6.2 DMA接口的功能与结构299
7.6.3 DMA的传送过程300
7.6.4 DMA接口的组织301
习题7304
参考文献307
当前图书最新荐购
