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第1章 计算机系统概述1

1.1 引言1

1.2 现代计算机5

1.2.1 计算机的分类5

1.2.2 计算机的组成6

1.3 计算机的性能8

1.3.1 什么是性能9

1.3.2 性能的计算9

1.3.3 性能的测量12

1.3.4 性能的改进13

1.4 课后知识简述16

1.5 本章小结17

习题117

第2章 计算机的数值和编码19

2.1 进位计数制19

2.1.1 二进制和十六进制19

2.1.2 不同进制间的转换20

2.2 二进制数的表示和运算22

2.2.1 二进制数的基本加/减法运算22

2.2.2 二进制数的补码表示法23

2.2.3 二进制数的加/减法运算25

2.2.4 二进制数的乘/除法运算27

2.2.5 二进制数的逻辑运算28

2.3 浮点数的表示和运算31

2.3.1 浮点数的表示31

2.3.2 浮点数的运算33

2.4 字符的表示34

2.5 课后知识简述36

2.6 本章小结38

习题238

第3章 计算机芯片的数字电路基础39

3.1 逻辑信号与门电路39

3.2 逻辑代数42

3.2.1 基本公式43

3.2.2 基本定理44

3.2.3 逻辑函数45

3.2.4 组合电路分析实例50

3.3 逻辑系列50

3.3.1 CMOS逻辑51

3.3.2 TTL逻辑61

3.4 门电路的代码实现65

3.5 本章小结65

习题366

第4章 计算机芯片的基本电路组成67

4.1 组合逻辑电路67

4.1.1 多路选择器68

4.1.2 译码器70

4.1.3 编码器71

4.1.4 加法器73

4.1.5 减法器77

4.1.6 移位器77

4.1.7 其他组合逻辑电路79

4.2 时序逻辑电路80

4.2.1 锁存器和触发器81

4.2.2 时钟同步时序电路分析87

4.2.3 通用寄存器的设计和实现89

4.3 本章小结89

习题490

第5章 现代处理器基础91

5.1 指令集概述91

5.1.1 机器指令92

5.1.2 寄存器92

5.1.3 寻址方式94

5.2 MIPS指令集结构97

5.2.1 MIPS指令格式97

5.2.2 MIPS地址空间分配101

5.2.3 对软件的支持101

5.3 MIPS风格的单周期处理器的设计实现104

5.3.1 数据通路的基本构成105

5.3.2 数据通路的设计110

5.3.3 指令的数据通路分析116

5.3.4 控制部件设计121

5.3.5 CPU封装123

5.3.6 单周期方式的性能分析124

5.4 异常和中断设计126

5.4.1 异常和中断的定义与类型126

5.4.2 响应异常和中断的方式127

5.4.3 异常和中断管理129

5.4.4 带有异常和中断处理功能的单周期模型机扩展131

5.5 课后知识136

5.6 本章小结137

习题5137

第6章 现代处理器的高级实现技术139

6.1 流水线的基本概念139

6.2 流水线模型机的基本扩展141

6.2.1 基本的流水线模型机141

6.2.2 流水线的分析149

6.2.3 基本流水线的实现153

6.3 数据冒险的解决策略155

6.3.1 寄存器堆的写操作提前半个时钟周期155

6.3.2 内部前推156

6.3.3 1w指令的数据冒险160

6.4 控制冒险的解决策略162

6.4.1 缩短分支的延迟162

6.4.2 减少性能损失的其他方法164

6.5 流水线中的异常和中断165

6.6 指令集并行的高级实现技术167

6.6.1 静态多发射处理器167

6.6.2 动态多发射处理器170

6.6.3 浮点数流水线的扩展172

6.7 本章小结173

习题6173

第7章 存储系统175

7.1 引言175

7.2 Cache178

7.2.1 Cache的块映射179

7.2.2 Cache的块查找180

7.2.3 Cache块的访问181

7.2.4 Cache的性能分析183

7.2.5 Cache的实现原理184

7.3 主存储器185

7.3.1 主存的结构185

7.3.2 主存性能指标187

7.4 虚拟存储器189

7.4.1 分页机制189

7.4.2 与Cache的关系193

7.4.3 对进程的保护195

7.5 外存储器196

7.5.1 磁盘存储器196

7.5.2 快闪式存储器199

7.6 课后阅读材料200

7.7 本章小结201

习题7201

第8章 I/O系统203

8.1 I/O设备203

8.1.1 概述203

8.1.2 属性指标204

8.2 I/O互连与总线206

8.2.1 I/O互连方式206

8.2.2 总线的分类208

8.2.3 总线的仲裁210

8.3 I/O访问211

8.3.1 I/O接口功能212

8.3.2 I/O接口控制方式213

8.4 本章小结217

习题8217

第9章 多核、多处理器与集群219

9.1 概述219

9.1.1 并行硬件的基本分类219

9.1.2 常见的并行技术221

9.1.3 多处理器网络拓扑223

9.1.4 Cache一致性问题224

9.2 多核微处理器225

9.2.1 多核架构225

9.2.2 多核实例226

9.3 云计算平台230

9.3.1 云计算概念230

9.3.2 云计算服务及部署类型231

9.3.3 云计算的实现232

9.4 本章小结234

习题9234

参考文献236