計算機組成與結構（第4版）

《計算機組成與結構（第4版）》是2012年清華大學出版社出版的圖書，作者是王愛英、王爾乾、蔡月茹。

基本介紹

• 書名：計算機組成與結構（第4版）
• 作者：王愛英、王爾乾、蔡月茹
• ISBN：9787302148944
• 定價：44.5元
• 出版時間：2012年7月4日
• 裝幀：平裝

圖書簡介

本書共分12章，第1章～第10章主要論述計算機的基本組成原理和結構。內容包括數制和碼制，基本邏輯部件，構成整個計算機系統的中央處理器(CPU)、存儲器系統、輸入輸出(I/O)系統以及計算機網路等。並注意與當代先進的計算機技術相結合，例如在書中討論了流水線組織、多級cache\,系統匯流排和外設接口的最新進展等。第11章全面討論了各種類型的計算機，諸如微機、便攜機、PDA、工作站/伺服器、多媒體、並行多處理機等。第12章簡單介紹了計算機的硬體設計方法。

本書可作為理工科大學生學習“計算機組成與結構”課程或“計算機組成原理”課程的教科書，也可供從事計算機事業的工程技術人員參考。

目錄

第1章計算機系統概論1

1.1計算機的語言1

1.2計算機的硬體3

1.3計算機系統的層次結構4

1.4電子計算機的發展簡史6

1.5計算機的套用12

1.6計算機網路14

1.6.1計算機網路基礎知識14

1.6.2區域網路15

1.6.3廣域網和網路協定(ISO/OSI基本參考模型、TCP/IP協定）16

1.6.4網路互連設備21

習題22

第2章計算機的邏輯部件24

2.1計算機中常用的組合邏輯電路24

2.1.1三態電路24

2.1.2異或門及其套用26

2.1.3加法器28

2.1.4算術邏輯單元30

2.1.5解碼器34

2.1.6數據選擇器35

2.2時序邏輯電路36

2.2.1觸發器36

2.2.2暫存器和移位暫存器39

2.2.3計數器41

2.3陣列邏輯電路43

2.3.1隻讀存儲器(ROM)43

2.3.2可程式序邏輯陣列(PLA)45

2.3.3可程式序陣列邏輯(PAL)50

2.3.4通用陣列邏輯(GAL)51

2.3.5門陣列(GA)、宏單元陣列(MCA)、標準單元陣列(SCA)52

2.3.6可程式序門陣列(PGA)61

習題66

第3章運算方法和運算部件68

3.1數據的表示方法和轉換68

3.1.1數值型數據的表示和轉換68

3.1.2十進制數的編碼與運算71

3.2帶符號的二進制數據在計算機中的表示方法及加減法運算73

3.2.1原碼、補碼、反碼及其加減法運算73

3.2.2加減法運算的溢出處理78

3.2.3定點數和浮點數79

3.3二進制乘法運算81

3.3.1定點數一位乘法81

3.3.2定點數二位乘法87

3.3.3陣列乘法器91

3.4二進制除法運算91

3.4.1定點除法運算91

3.4.2提高除法運算速度的方法舉例96

3.5浮點數的運算方法98

3.5.1浮點數的加減法運算98

3.5.2浮點數的乘除法運算100

3.6運算部件103

3.7數據校驗碼105

3.7.1奇偶校驗碼105

3.7.2海明校驗碼106

3.7.3循環冗餘校驗(CRC)碼109

習題112

第4章主存儲器115

4.1主存儲器處於全機中心地位115

4.2主存儲器分類115

4.3主存儲器的主要技術指標116

4.4主存儲器的基本操作116

4.5讀/寫存儲器117

4.6非易失性半導體存儲器125

4.7DRAM的研製與發展127

4.8半導體存儲器的組成與控制129

4.9多體交叉存儲器134

4.9.1編址方式134

4.9.2重疊與交叉存取控制135

習題136

第5章指令系統138

5.1指令系統的發展138

5.2指令格式139

5.2.1指令格式139

5.2.2指令操作碼的擴展技術141

5.2.3指令長度與字長的關係143

5.3數據表示143

5.4定址方式(編址方式)145

5.5指令類型148

5.5.1指令的分類及功能149

5.5.2雙字長運算(子程式舉例)156

5.6指令系統的兼容性157

5.7精簡指令系統計算機(RISC)和複雜指令系統計算機(CISC)158

5.7.1什麼是複雜指令系統計算機158

5.7.2RISC的產生與發展158

5.7.3RISC的特點159

5.8指令系統舉例160

5.8.1SPARC的指令系統160

5.8.2Pentium微處理器指令系統163

5.8.3IBM大型機指令系統165

5.8.4向量指令舉例166

5.9機器語言、彙編語言和高級語言168

習題169

第6章中央處理器171

6.1計算機的硬體系統172

6.2控制器的組成176

6.2.1控制器的功能176

6.2.2控制器的組成177

6.2.3指令執行過程178

6.3微程式控制計算機的基本工作原理182

6.3.1微程式控制的基本概念182

6.3.2實現微程式控制的基本原理183

6.4微程式設計技術192

6.4.1微指令的編譯法(編碼解碼方法)192

6.4.2微程式流的控制194

6.4.3微指令格式200

6.4.4微程式控制存儲器和動態微程式設計201

6.4.5微程式設計語言204

6.5硬布線控制的計算機206

6.5.1時序與節拍206

6.5.2操作控制信號的產生208

6.5.3控制器的組成210

6.5.4硬布線控制邏輯設計中的若干問題212

6.5.5硬布線控制與微程式控制的比較214

6.6控制器的控制方式215

6.7流水線工作原理216

6.8CPU舉例220

6.8.1RISC的CPU220

6.8.2RISC的編譯系統229

6.8.3Pentium微處理器231

6.9計算機的加電及控制過程232

習題234

第7章存儲系統239

7.1存儲系統的層次結構239

7.2高速緩衝存儲器(cache)240

7.2.1cache存儲器工作原理240

7.2.2cache存儲器組織242

7.2.3cache存儲器舉例245

7.2.4多層次cache存儲器248

7.3虛擬存儲器250

7.3.1虛擬存儲器概述250

7.3.2頁式虛擬存儲器251

7.3.3段頁式虛擬存儲器253

7.3.4虛擬存儲器工作的全過程254

7.3.5Pentium處理機的虛擬存儲器256

7.3.6存儲管理部件(MMU)256

7.4相聯存儲器257

7.5存儲保護258

習題259

第8章輔助存儲器262

8.1輔助存儲器的種類與技術指標262

8.2磁記錄原理與記錄方式264

8.2.1磁記錄原理264

8.2.2磁記錄介質與磁頭265

8.2.3磁記錄方式268

8.3硬磁碟存儲器273

8.3.1硬磁碟存儲器的種類及基本結構273

8.3.2硬磁碟驅動器(HDD)及硬磁碟控制器(HDC)274

8.3.3磁碟cache278

8.3.4磁碟陣列存儲器278

8.3.5硬磁碟驅動器的發展動向280

8.4軟磁碟存儲器281

8.4.1概述281

8.4.2軟磁碟的記錄格式281

8.4.3軟磁碟驅動器和控制器283

8.4.4軟磁碟驅動器發展動向283

8.5磁帶存儲器284

8.5.1磁帶機的結構284

8.5.2磁帶的記錄格式286

8.5.3循環冗餘校驗碼(CRC)288

8.5.4磁帶機的發展動向290

8.6光碟存儲器291

8.6.1光碟存儲器種類291

8.6.2光碟的讀寫原理293

8.6.3光碟存儲器的組成294

8.7硬碟、軟碟、磁帶和光碟存儲器的綜合比較295

8.8固態盤296

習題297

第9章輸入輸出(I/O)設備299

9.1外部設備概述299

9.2輸入設備300

9.2.1鍵盤300

9.2.2光筆、圖形板和畫筆(或遊動標)輸入301

9.2.3滑鼠、跟蹤球和操作桿輸入302

9.2.4觸控螢幕303

9.2.5圖像輸入設備(攝像機和數位照相機)304

9.2.6條形碼及其技術305

9.2.7光學字元識別(OCR)技術和語音文字輸入系統306

9.3輸出設備——顯示器310

9.3.1顯示技術中的有關術語310

9.3.2顯示設備種類312

9.3.3字元顯示器315

9.3.4圖形和圖像顯示317

9.4輸出設備——印表機318

9.4.1點陣針式印表機318

9.4.2雷射印表機319

9.4.3噴墨印表機322

9.4.4熱轉印打字機325

9.4.5印表機的發展趨勢326

9.5漢字處理技術327

9.5.1漢字編碼標準327

9.5.2漢字的輸入方法328

9.5.3漢字的存儲329

9.5.4漢字的輸出330

習題330

第10章輸入輸出(I/O)系統332

10.1輸入輸出(I/O)系統概述332

10.1.1輸入輸出設備的編址及設備控制器的基本功能332

10.1.2I/O設備數據傳送控制方式333

10.2程式中斷輸入輸出方式335

10.2.1中斷的作用、產生和回響335

10.2.2中斷處理337

10.2.3程式中斷設備接口的組成和工作原理341

10.3DMA輸入輸出方式344

10.3.1DMA三種工作方式344

10.3.2DMA控制器組成344

10.3.3DMA的數據傳送過程346

10.4通道控制方式和外圍處理機方式347

10.4.1I/O通道的種類348

10.4.2I/O處理機(IOP)和外圍處理機349

10.5匯流排結構350

10.5.1匯流排類型350

10.5.2匯流排組成351

10.5.3微機匯流排353

10.6外設接口357

10.6.1ATA(IDE)和SATA接口357

10.6.2SCSI、SAS和iSCSI接口359

10.6.3光纖通道FC和InfiniBand363

10.6.4PCMCIA364

10.6.5串列通信接口RS232、USB和IEEE　1394364

10.6.6Pentium處理器外圍接口（晶片組）介紹366

10.6.7網路存儲——SAN和NAS367

習題369

第11章計算機系統372

11.1計算機系統概述372

11.1.1計算機系統的分類372

11.1.2提高計算機系統運算速度的方法373

11.1.3開放系統373

11.1.4計算機系統的性能評測374

11.2微機系統376

11.2.1微處理器及個人計算機(PC)376

11.2.2台式機、筆記本式計算機、PDA和智慧型手機378

11.2.3商用計算機和家用計算機382

11.2.4嵌入式計算機和片上系統383

11.2.5智慧卡和電子標籤385

11.3工作站和伺服器388

11.3.1工作站388

11.3.2伺服器388

11.3.3瘦客戶機390

11.4多媒體計算機390

11.4.1概述390

11.4.2多媒體計算機系統的組成391

11.4.3多媒體計算機系統的關鍵技術392

11.4.4多媒體計算機的用途與實例393

11.5超級標量處理機、超級流水線處理機和超長指令字處理機393

11.5.1超級標量、超級流水線和超長指令字處理機特點393

11.5.2超級標量處理器舉例——Ultra SPARC Ⅳ+處理器395

11.6向量處理機396

11.7陣列處理機和多處理機系統398

11.7.1SIMD並行處理機系統(陣列處理機系統)398

11.7.2多處理機系統399

11.7.3SGI Origin多處理機體系結構402

11.7.4高性能計算和格線計算406

習題408

第12章計算機硬體設計和實現導論409

12.1計算機硬體的總體設計409

12.1.1計算機硬體設計過程409

12.1.2指令系統的模擬與仿真413

12.1.3微程式設計自動化414

12.1.4引進、消化、吸收、創新415

12.2積體電路設計概述415

12.2.1積體電路的設計過程416

12.2.2硬體描述語言(VHDL)418

12.3電子設計自動化EDA428

12.3.1面向SoC的系統級設計428

12.3.2積體電路物理設計430

習題432

習題答案434

參考文獻450