本书系统地介绍了计算机的基本组成原理和内部工作机制，以及计算机体系结构的基本概念、结构和分析方法。全书共9章，主要内容包括计算机系统概述、数据的机器层次表示、指令系统、运算方法和运算器、主存储器、存储系统设计、中央处理器、总线与输入输出系统，以及并行体系结构等。本书内容由浅入深，通俗易懂，每章都附有学习指南和习题，便于学生巩固课堂所学。
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内容简介
本书站在硬件工程师的视角，利用组合逻辑、同步时序逻辑电路设计的相关知识，从逻辑门开始逐步构建运算器、存储器、数据通路和控制器，最终集成为完整的CPU原型系统。使读者从设计者的角度理解计算机部件构成及运行的基本原理，掌握软、硬件协同的概念。全书共9章，主要内容包括计算机系统概论、数据信息的表示、运算方法与运算器、存储系统、指令系统、中央处理器、指令流水线、总线系统、输入输出系统。
章节目录
- 第1 章 计算机系统概述
- 1.1 计算机发展历程
- 1.1.1 国外计算机发展概况
- 1.1.2 摩尔定律
- 1.1.3 集成电路工艺发展概况
- 1.1.4 我国计算机发展概况
- 1.2 计算机系统的组成
- 1.2.1 计算机硬件系统
- 1.2.2 计算机软件系统
- 1.3 计算机系统的层次结构
- 1.3.1 系统层次结构
- 1.3.2 各层之间的关系
- 1.3.3 软件和硬件的逻辑功能等价性
- 1.4 计算机性能指标和评价
- 1.4.1 基本性能指标
- 1.4.2 与时间有关的性能指标
- 1.4.3 CPU 性能公式应用
- 1.4.4 性能测试及其工具
- 1.5 课程学习的建议
- 实践训练
- 第2 章 数据信息的表示
- 2.1 数据表示的作用
- 2.2 数值数据的表示
- 2.2.1 数的机器码表示
- 2.2.2 定点数表示
- 2.2.3 浮点数表示
- 2.2.4 十进制编码*
- 2.2.5 计算机中的数据类型
- 2.3 非数值数据的表示
- 2.3.1 字符表示
- 2.3.2 汉字编码
- 2.4 数据信息的校验
- 2.4.1 码距与校验
- 2.4.2 奇偶校验
- 2.4.3 海明校验
- 2.4.4 循环冗余校验
- 实践训练
- 第3章 运算方法与运算器
- 3.1 计算机中的运算
- 3.1.1 C 语言中的位运算
- 3.1.2 C 语言中的逻辑运算
- 3.1.3 C 语言中的移位运算
- 3.1.4 C 语言中的算术运算
- 3.2 定点加减法运算
- 3.2.1 补码加减法运算方法
- 3.2.2 溢出及检测
- 3.2.3 加减法的逻辑实现
- 3.3 定点乘法运算
- 3.3.1 原码一位乘法
- 3.3.2 补码一位乘法
- 3.3.3 阵列乘法器
- 3.3.4 补码阵列乘法器
- 3.3.5 乘法器性能优化*
- 3.4 定点除法运算
- 3.4.1 原码一位除法
- 3.4.2 阵列除法器
- 3.5 浮点运算
- 3.5.1 浮点加减法运算
- 3.5.2 浮点乘法运算
- 3.5.3 浮点除法运算
- 3.6 运算器
- 3.6.1 定点运算器
- 3.6.2 浮点运算器
- 实践训练
- 第4 章 存储系统
- 4.1 存储器概述
- 4.1.1 存储器分类
- 4.1.2 存储器技术指标
- 4.1.3 存储系统层次结构
- 4.1.4 主存的基本结构
- 4.1.5 主存中数据的存放
- 4.2 半导体存储器
- 4.2.1 静态MOS 存储器
- 4.2.2 动态MOS 存储器
- 4.2.3 只读存储器
- 4.2.4 DRAM 的发展*
- 4.3 主存的组织及与CPU 的连接
- 4.3.1 存储器与CPU 的连接
- 4.3.2 存储器的扩展
- 4.4 并行主存系统
- 4.5 高速缓冲存储器
- 4.5.1 cache 工作原理
- 4.5.2 程序局部性
- 4.5.3 cache 的基本概念
- 4.5.4 cache 读、写流程与关键技术
- 4.5.5 相联存储器
- 4.5.6 地址映射
- 4.5.7 替换算法
- 4.5.8 写入策略
- 4.5.9 cache 应用
- 4.6 虚拟存储器
- 4.6.1 虚拟存储器的工作原理
- 4.6.2 虚拟存储器的地址映射与变换
- 4.6.3 页式虚拟存储器
- 习题4
- 实践训练
- 第5 章 指令系统
- 5.1 指令系统概述
- 5.2 指令格式
- 5.2.1 指令字长度
- 5.2.2 指令地址码
- 5.2.3 指令操作码
- 5.3 寻址方式
- 5.3.1 指令寻址方式
- 5.3.2 操作数寻址方式
- 5.4 指令类型
- 5.5 指令格式设计
- 5.6 CISC 和RISC
- 5.6.1 复杂指令系统计算机
- 5.6.2 精简指令系统计算机
- 5.7 指令系统举例
- 5.7.1 PDP-11 指令系统
- 5.7.2 Intel x86 指令系统*
- 5.7.3 MIPS 指令系统
- 5.7.4 RISC-V 指令系统*
- 习题5
- 实践训练
- 第6 章 中央处理器
- 6.1 中央处理器概述
- 6.1.1 中央处理器的功能
- 6.1.2 中央处理器的组成
- 6.2 指令周期
- 6.2.1 指令执行的一般流程
- 6.2.2 指令周期的基本概念
- 6.2.3 寄存器传送语言
- 6.3 数据通路及指令操作流程
- 6.3.1 数据通路模型与定时
- 6.3.2 单总线结构的数据通路
- 6.3.3 专用通路结构的数据通路
- 6.4 时序与控制
- 6.4.1 中央处理器的时序
- 6.4.2 控制方式
- 6.4.3 时序发生器
- 6.5 硬布线控制器
- 6.5.1 三级时序硬布线控制器
- 6.5.2 三级时序硬布线控制器设计
- 6.5.3 现代时序硬布线控制器
- 6.5.4 现代时序硬布线控制器设计
- 6.6 微程序控制器
- 6.6.1 微程序控制的基本概念
- 6.6.2 微程序控制器组成原理
- 6.6.3 微程序控制器设计
- 6.6.4 微指令及其编码方法
- 6.7 异常与中断处理
- 6.7.1 异常与中断的基本概念
- 6.7.2 异常与中断处理过程
- 6.7.3 支持中断的CPU 设计
- 习题6
- 实践训练
- 第7 章 指令流水线
- 7.1 流水线概述
- 7.1.1 流水线的基本概念
- 7.1.2 MIPS 指令流水线
- 7.1.3 流水线的时空图表示
- 7.2 流水线数据通路
- 7.2.1 单周期数据通路流水改造
- 7.2.2 流水线中的控制信号及传递
- 7.2.3 指令在流水线中的执行过程
- 7.3 流水线冲突与处理
- 7.3.1 流水线冲突
- 7.3.2 结构冲突处理
- 7.3.3 控制冲突处理
- 7.3.4 插入气泡解决数据冲突
- 7.3.5 使用重定向解决数据冲突
- 7.3.6 动态分支预测技术*
- 7.3.7 流水线性能分析
- 7.4 流水线的异常与中断
- 7.5 指令级并行技术
- 习题7
- 实践训练
- 第8 章 总线系统
- 8.1 总线概述
- 8.1.1 总线分类
- 8.1.2 总线组成
- 8.1.3 总线标准
- 8.1.4 总线与三态门
- 8.1.5 总线性能指标
- 8.2 总线传输机制
- 8.2.1 总线传输过程
- 8.2.2 总线的信息传送
- 8.2.3 总线仲裁
- 8.2.4 总线定时
- 8.3 总线结构
- 8.3.1 单总线结构
- 8.3.2 双总线结构
- 8.3.3 三总线结构
- 8.3.4 高性能总线结构
- 8.4 常用总线
- 8.4.1 常用片内总线
- 8.4.2 常用系统总线
- 8.4.3 常用I/O 总线
- 8.4.4 常用外部总线
- 习题8
- 第9 章 输入输出系统
- 9.1 输入输出设备与特性
- 9.2 I/O 接口
- 9.2.1 I/O 接口的功能
- 9.2.2 I/O 接口的结构
- 9.2.3 I/O 接口的编址
- 9.2.4 I/O 接口的软件
- 9.2.5 I/O 接口的分类
- 9.3 数据传输控制方式
- 9.4 程序控制方式
- 9.4.1 简单设备程序查询流程
- 9.4.2 复杂设备程序查询流程
- 9.4.3 程序查询特点
- 9.5 程序中断控制方式
- 9.5.1 中断的基本概念
- 9.5.2 中断请求
- 9.5.3 中断响应
- 9.5.4 中断识别
- 9.5.5 中断处理
- 9.6 DMA 方式
- 9.6.1 DMA 的基本概念
- 9.6.2 内存争用问题
- 9.6.3 DMA 控制器
- 9.6.4 DMA 传输流程
- 9.7 通道方式
- 9.7.1 通道的基本概念
- 9.7.2 通道的类型
- 9.7.3 CPU 对通道的控制
- 9.7.4 通道结构的发展
- 9.8 常见I/O 设备*
- 9.8.1 键盘
- 9.8.2 鼠标鼠标是继键
- 9.8.3 打印机
- 9.8.4 显示器
- 9.8.5 硬盘存储器
- 9.8.6 磁盘阵列
- 9.8.7 光盘存储器
- 习题9
- 实践训练
- 参考文献
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计算机组成原理（微课版）是2021年由人民邮电出版社出版,作者主编。
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