目錄
第1章 計算機繫統概論 1
1.1 計算機的分類 1
1.2 計算機的發展簡史 2
1.2.1 計算機的五代變化 2
1.2.2 半導體存儲器的發展 3
1.2.3 微處理器的發展 3
1.2.4 計算機的性能指標 5
1.3 計算機的硬件 6
1.3.1 硬件組成要素 6
1.3.2 運算器 8
1.3.3 存儲器 8
1.3.4 控制器 9
1.3.5 適配器與輸入/輸出設備 11
1.4 計算機的軟件 12
1.4.1 軟件的組成與分類 12
1.4.2 軟件的發展演變 12
1.5 計算機繫統的層次結構 14
1.5.1 多級組成的計算機繫統 14
1.5.2 軟件與硬件的邏輯等價性 15
本章小結 15
習題 16
第2章 運算方法和運算器 17
2.1 數據與文字的表示方法 17
2.1.1 數據格式 17
2.1.2 數的機器碼表示 19
2.1.3 字符與字符串的表示方法 24
2.1.4 漢字的表示方法 26
2.1.5 校驗碼 27
2.2 定點加法、減法運算 27
2.2.1 補碼加法 27
2.2.2 補碼減法 29
2.2.3 溢出概念與檢測方法 30
2.2.4 基本的二進制加法/減法器 31
2.3 定點乘法運算 33
2.4 定點除法運算 38
2.4.1 原碼除法算法原理 38
2.4.2 並行除法器 39
2.5 定點運算器的組成 43
2.5.1 邏輯運算 43
2.5.2 多功能算術/邏輯 45
2.5.3 內部總線 49
2.5.4 定點運算器的基本結構 49
2.6 浮點運算方法和浮點運算器 51
2.6.1 浮點加法、減法運算 51
2.6.2 浮點乘法、除法運算 55
2.6.3 浮點運算流水線 57
本章小結 60
習題 60
第3章 存儲繫統 62
3.1 存儲繫統概述 62
3.1.1 存儲繫統的層次結構 62
3.1.2 存儲器的分類 63
3.1.3 存儲器的編址和端模式 64
3.1.4 存儲器的技術指標 65
3.2 靜態隨機存取存儲器 65
3.2.1 基本的靜陣列 66
3.2.2 基本的SRAM邏輯結構 66
3.2.3 SRAM讀/寫時序 67
3.2.4 存儲器容量的擴充 68
3.3 動態隨機存取存儲器 69
3.3.1 DRA的工作原理 69
3.3.2 DRAM芯片的邏輯結構 70
3.3.3 DRAM讀/寫時序 71
3.3.4 DRAM的刷新操作 71
3.3.5 突發傳輸模式 72
3.3.6 同步DRAM(SDRAM) 72
3.3.7 雙倍數據率SDRAM(DDR SDRAM) 76
3.3.8 DRAM讀/寫校驗 76
3.3.9 CDRAM 77
3.4 隻讀存儲器 79
3.4.1 隻讀存儲器概述 79
3.4.2 NOR閃存 81
3.5 並行存儲器 86
3.5.1 雙端口存儲器 86
3.5.2 多模塊交叉存儲器 88
3.6 cache存儲器 92
3.6.1 cache基本原理 92
3.6.2 主存與cache的地址映射 94
3.6.3 cache的替換策略 100
3.6.4 cache的寫操作策略 101
3.6.5 Pentium 4的cache組織 102
3.6.6 使用多級cache減少缺失損失 103
3.7 虛擬存儲器 103
3.7.1 虛擬存儲器的基本概念 103
3.7.2 頁式虛擬存儲器 105
3.7.3 段式虛擬存儲器和段頁式虛擬存儲器 108
3.7.4 虛存的替換算法 110
3.7.5 存儲管理部件 111
3.8 奔騰繫列機的虛存組織 111
3.8.1 存儲器模型 112
3.8.2 虛地址模式 112
3.8.3 分頁模式下的地址轉換 113
本章小結 114
習題 115
第4章 指令繫統 118
4.1 指令繫統的發展與性能要求 118
4.1.1 指令繫統的發展 118
4.1.2 指令繫統的性能要求 119
4.1.3 低級語言與硬件結構的關繫 119
4.2 指令格式 120
4.2.1 操作碼 120
4.2.2 地址碼 121
4.2.3 指令字長度 122
4.2.4 指令助記符 123
4.2.5 指令格式舉例 124
4.3 操作數類型 127
4.3.1 一般的數據類型 127
4.3.2 Pentium數據類型 127
4.3.3 Power PC數據類型 128
4.4 指令和數據的尋址方式 128
4.4.1 指令的尋址方式 128
4.4.2 操作數基本尋址方式 129
4.4.3 尋址方式舉例 133
4.5 典型指令 135
4.5.1 指令的分類 135
4.5.2 基本指令繫統的操作 137
4.5.3 RISC指令繫統 138
4.6 ARM彙編語言 140
本章小結 142
習題 143
第5章 中央處理器 145
5.1 CPU的功能和組成 145
5.1.1 CPU的功能 145
5.1.2 CPU的基本組成 145
5.1.3 CPU中的主要寄存器 146
5.1.4 操作控制器與時序產生器 148
5.2 指令周期 148
5.2.1 指令周期的基本概念 148
5.2.2 MOV指令的指令周期 150
5.2.3 LAD指令的指令周期 152
5.2.4 ADD指令的指令周期 153
5.2.5 STO指令的指令周期 154
5.2.6 JMP指令的指令周期 155
5.2.7 用方框圖語言表示指令周期 157
5.3 時序產生器和控制方式 159
5.3.1 時序信號的作用和體制 159
5.3.2 時序信號產生器 160
5.3.3 控制方式 162
5.4 微程序控制器 163
5.4.1 微程序控制原理 163
5.4.2 微程序設計技術 169
5.5 硬布線控制器 173
5.6 流水CPU 175
5.6.1 並行處理技術 175
5.6.2 流水CPU的結構 176
5.6.3 流水線中的主要問題 178
5.7 RISC CPU 180
5.7.1 RISC機器的特點 180
5.7.2 RISC CPU實例 181
5.7.3 動態流水線調度 185
本章小結 185
習題 186
第6章 總線繫統 189
6.1 總線的概念和結構形態 189
6.1.1 總線的基本概念 189
6.1.2 總線的連接方式 190
6.1.3 總線的內部結構 192
6.1.4 總線結構實例 194
6.2 總線接口 195
6.2.1 信息傳送方式 195
6.2.2 總線接口的基本概念 196
6.3 總線仲裁 198
6.3.1 集中式仲裁 198
6.3.2 分布式仲裁 200
6.4 總線的定時和數據傳送模式 201
6.4.1 總線的定時 201
6.4.2 總線數據傳送模式 204
6.5 PCI總線和PCIe總線 205
6.5.1 多總線結構 205
6.5.2 PCI總線信號 206
6.5.3 PCI總線周期類型 207
6.5.4 PCI總線周期操作 208
6.5.5 PCI總線仲裁 209
6.5.6 PCIe總線 210
本章小結 212
習題 213
第7章 外圍設備 215
7.1 外圍設備概述 215
7.1.1 外圍設備的一般功能 215
7.1.2 外圍設備的分類 216
7.2 磁盤存儲設備 217
7.2.1 磁記錄原理 217
7.2.2 磁盤的組成和分類 219
7.2.3 磁盤驅動器和控制器 220
7.2.4 磁盤上信息的分布 222
7.2.5 磁盤存儲器的技術指標 223
7.2.6 磁盤cache 224
7.2.7 磁盤陣列RAID 225
7.3 磁帶存儲設備 226
7.4 光盤和磁光盤存儲設備 227
7.4.1 光盤存儲設備 227
7.4.2 磁光盤存儲設備 229
7.5 顯示設備 230
7.5.1 顯示設備的分類與有關概念 230
7.5.2 字符/圖形顯示器 231
7.5.3 圖像顯示設備 233
7.5.4 VESA顯示標準 234
7.6 輸入設備和打印設備 236
7.6.1 輸入設備 236
7.6.2 打印設備 237
本章小結 238
習題 239
第8章 輸入/輸出繫統 241
8.1 CPU與外設之間的信息交換
方式 241
8.1.1 輸入/輸出接口與端口 241
8.1.2 輸入/輸出操作的一般過程 242
8.1.3 I/O接口與外設間的數據傳送方式 243
8.1.4 CPU與I/O接口之間的數據傳送 243
8.2 程序查詢方式 246
8.3 程序中斷方式 248
8.3.1 中斷的基本概念 248
8.3.2 中斷服務程序入口地址的獲取 251
8.3.3 程序中斷方式的基本I/O接口 252
8.3.4 單級中斷 253
8.3.5 多級中斷 255
8.3.6 Pentium中斷機制 258
8.4 DMA方式 260
8.4.1 DMA的基本概念 260
8.4.2 DMA傳送方式 261
8.4.3 基本的DMA控制器 262
8.4.4 選擇型和多路型DMA控制器 265
8.5 通道方式 267
8.5.1 通道的功能 268
8.5.2 通道的類型 269
8.5.3 通道結構的發展 270
8.6 通用I/O標準接口 270
8.6.1 並行I/O標準接口SCSI 270
8.6.2 串行I/O標準接口IEEE 1394 272
8.6.3 I/O繫統設計 274
本章小結 275
習題 276
第9章 並行組織與結構 279
9.1 體繫結構中的並行性 279
9.1.1 並行性的概念 279
9.1.2 提高並行性的技術途徑 280
9.1.3 單處理機繫統中的並行性 280
9.1.4 多處理機繫統中的並行性 281
9.1.5 並行處理機的體繫結構類型 282
9.1.6 並行處理機的組織和結構 283
9.2 多線程與超線程處理機 286
9.2.1 從指令級並行到線程級並行 286
9.2.2 同時多線程結構 287
9.2.3 超線程處理機結構 288
9.3 多處理機 290
9.3.1 多處理機繫統的分類 290
9.3.2 SMP的基本概念 291
9.3.3 SMP的結構 291
9.4 多核處理機 292
9.4.1 多核處理機的優勢 292
9.4.2 多核處理機的組織結構 294
9.4.3 多核處理機的關鍵技術 296
9.5 多核處理機實例 303
9.5.1 ARM多核處理機 303
9.5.2 英特爾酷睿多核處理機 305
9.5.3 英特爾至強融核眾核處理機 307
9.5.4 龍芯多核處理機 308
本章小結 311
習題 311
第10章 課程教學實驗設計 313
10.1 TEC-8實驗繫統平臺 313
10.2 TEC-8實驗繫統結構和操作 314
10.2.1 模型計算機時序信號 314
10.2.2 模型計算機組成 314
10.2.3 模型計算機指令繫統 317
10.2.4 開關、按鈕、指示燈 318
10.2.5 E2PROM中微代碼的修改 320
10.3 運算器組成實驗 324
10.4 雙端口存儲器實驗 329
10.5 數據通路實驗 333
10.6 微程序控制器實驗339
10.7 CPU組成與機器指令的執行實驗 344
10.8 中斷原理實驗347
第11章 課程綜合設計 351
11.1 硬布線控制器的常規CPU設計 351
11.2 含有陣列乘法器的ALU設計 356
附錄 《計算機組成原理》(第六版立體化教材)配套教學資源 359
參考文獻 360
鄭重聲明 361

目錄
第1章 計算機繫統概論 1
1.1 選擇題 1
1.2 填空題 3
1.3 分析題 4
第2章 運算方法和運算器 6
2.1 選擇題 6
2.2 證明題 8
2.3 計算題 11
2.4 分析題 20
2.5 設計題 25
第3章 存儲繫統 30
3.1 選擇題 30
3.2 分析題 33
3.3 設計題 48
第4章 指令繫統 56
4.1 選擇題 56
4.2 分析題 58
4.3 設計題 65
第5章 中央處理器 70
5.1 選擇題 70
5.2 分析題 72
5.3 設計題 82
第6章 總線繫統 98
6.1 選擇題 98
6.2 分析題 100
第7章 外圍設備 111
7.1 選擇題 111
7.2 分析題 113
第8章 輸入/輸出繫統 119
8.1 選擇題 119
8.2 分析設計題 121
第9章 並行組織與結構 134
9.1 選擇題 134
9.2 分析計算題 137
第10章 考研輔導 147
10.1 選擇題 147
10.2 計算題 159
10.3 分析題 164
10.4 設計題 175
第11章 歷年碩士研究生入學統一考試試題 184
11.1 2009年“計算機組成原理”試題 184
11.2 2010年“計算機組成原理”試題 187
11.3 2011年“計算機組成原理”試題 192
11.4 2012年“計算機組成原理”試題 196
11.5 2013年“計算機組成原理”試題 200
11.6 2014年“計算機組成原理”試題 204
11.7 2015年“計算機組成原理”試題 207
11.8 2016年“計算機組成原理”試題 211
11.9 2017年“計算機組成原理”試題 214
11.10 2018年“計算機組成原理”試題 218
11.11 2019年“計算機組成原理”試題 222
11.12 2020年“計算機組成原理”試題 226
參考文獻 230
附錄A 計算機組成原理研究生入學統考大綱 231
附錄B 《計算機組成原理》（第六版·立體化教材）配套教學資源 233