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第1章 绪论1

1.1计算机的发展史1

1.1.1发展经历1

1.1.2摩尔定律2

1.2计算机的基本组成4

1.2.1硬件系统4

1.2.2软件系统7

1.3计算机的分类及性能描述8

1.3.1计算机的分类8

1.3.2计算机的性能描述10

习题18

第2章 计算机中的数据表示19

2.1数据编码19

2.1.1数值数据的编码19

2.1.2数据的浮点表示26

2.1.3 BCD码32

2.2非数值数据的编码34

2.2.1 ASCII码34

2.2.2汉字编码35

2.3检错与纠错编码38

2.3.1奇偶校验码39

2.3.2海明码40

2.3.3循环冗余校验码（CRC码）43

习题45

第3章 运算方法与运算器49

3.1定点数运算49

3.1.1加减运算49

3.1.2乘法运算57

3.1.3除法运算65

3.2算术逻辑单元71

3.2.1单元电路71

3.2.2算术逻辑单元ALU73

3.2.3运算器的结构74

3.3浮点运算76

3.3.1加减运算76

3.3.2浮点乘除运算79

3.3.3浮点数运算的实现81

习题82

第4章 指令系统与汇编语言86

4.1指令格式86

4.1.1概述86

4.1.2指令格式的描述87

4.1.3指令设计89

4.2寻址方式92

4.2.1 8086处理器中的内部寄存器92

4.2.2 8086 CPU的寻址方式95

4.3 8086（88）的指令系统99

4.3.1传送指令99

4.3.2算术运算指令104

4.3.3逻辑运算和移位循环指令109

4.3.4串操作指令113

4.3.5程序控制指令115

4.3.6处理器控制指令118

4.3.7输入 输出指令119

4.3.8位操作指令120

4.3.9其他指令121

4.4汇编语言及其程序设计121

4.4.1汇编语言的语句格式121

4.4.2常数123

4.4.3伪指令123

4.4.4汇编语言的运算符128

4.4.5汇编语言源程序的结构129

4.4.6汇编语言程序设计130

4.5精减指令集计算机（RISC）136

4.5.1指令系统的从简到繁136

4.5.2精减指令集计算机的特点137

习题138

第5章 处理器（CPU）设计141

5.1 CPU的结构141

5.1.1 CPU的功能141

5.1.2构成CPU的主要部件142

5.2指令系统设计144

5.2.1设计寻址方式144

5.2.2指令的设计145

5.3 CPU执行指令的过程149

5.3.1指令时序149

5.3.2指令执行过程分析152

5.4 CPU的部件设计158

5.4.1熟悉部件的回顾158

5.4.2指令执行的详细说明160

5.4.3组合逻辑控制器设计164

5.4.4微程序控制器设计166

习题178

第6章 流水线技术182

6.1概述182

6.1.1流水线概述182

6.1.2流水线的分类184

6.2流水线的性能分析187

6.2.1吞吐率187

6.2.2加速比190

6.2.3效率191

6.3流水线中的相关193

6.3.1概述193

6.3.2结构相关194

6.3.3数据相关196

6.3.4控制相关198

6.3.5流水线的中断处理203

6.3.6带成功开销的流水线性能206

6.4指令级并行206

6.4.1指令级并行概述206

6.4.2提高指令级并行的方法208

6.5其他有关技术217

6.5.1超标量处理机217

6.5.2超流水线处理机218

6.5.3超标量超流水线处理机219

6.5.4超长指令字处理机220

习题221

第7章 存储系统222

7.1存储系统概述222

7.1.1存储系统的层次结构222

7.1.2存储器分类222

7.1.3存储器的性能指标223

7.2内部存储器（主存储器）225

7.2.1随机读写存储器RAM225

7.2.2只读存储器ROM235

7.2.3动态读写存储器DRAM239

7.2.4其他存储器241

7.3高速缓冲存储器245

7.3.1工作原理245

7.3.2替换算法251

7.3.3主存——cache内容的一致性问题252

7.3.4 cache性能分析253

7.4虚拟存储器255

7.4.1虚拟存储器的概念255

7.4.2虚拟存储器的管理255

7.4.3几点说明259

习题260

第8章 输入 输出系统264

8.1总线264

8.1.1概述264

8.1.2总线的信息传送266

8.1.3典型总线介绍270

8.2输入 输出基本原理278

8.2.1外部设备278

8.2.2程序控制输入 输出技术299

8.3中断方式303

8.3.1中断的基本概念304

8.3.2中断优先级控制306

8.3.3 8086（88）的中断系统308

8.3.4中断控制器8259312

8.4直接存储器存取（DMA）323

8.4.1 DMA概述323

8.4.2常用的方法324

8.4.3 DMA的一般过程325

8.5通道方式326

8.5.1通道方式的特点326

8.5.2通道的类型327

8.5.3通道的发展328

8.6几种常见的接口芯片328

8.6.1可编程并行接口8255328

8.6.2可编程定时器8253337

8.6.3可编程串行接口8250344

习题355

第9章 多机系统358

9.1概述358

9.1.1并行处理358

9.1.2并行计算机分类359

9.2多机互联网络363

9.2.1互连函数363

9.2.2静态互联网络367

9.2.3动态互联网络370

9.3对称多处理机系统383

9.3.1对称多处理机（SMP）构成383

9.3.2多机系统的性能分析385

9.3.3对称多处理机系统cache一致性388

9.3.4多处理机系统的调度与负载平衡394

9.4分布式共享存储器多机系统400

9.4.1分布式共享存储器多机系统结构400

9.4.2 CC-NUMA系统401

9.5多机系统其他结构形式403

9.5.1大规模并行处理（MPP）系统403

9.5.2集群（Cluster）系统405

9.5.3向量处理机407

9.5.4高性能计算机的发展410

习题413

第10章 基于EDA的计算机设计415

10.1概述415

10.1.1数字系统设计的发展415

10.1.2数字系统的设计方法416

10.2设计语言与工具417

10.2.1 EDA工具软件分类417

10.2.2硬件描述语言HDL418

10.2.3 System C428

10.2.4 QUARTUS Ⅱ430

10.3基于V HDL的CPU设计431

10.3.1单元电路的设计431

10.3.2 CPU设计概要443

10.4 SOC设计455

10.4.1概述455

10.4.2 SOC片内总线460

10.4.3 IP核设计与复用468

10.4.4 SOC设计举例474

10.5基于可配置处理器的SOC设计477

10.5.1问题的由来477

10.5.2 Tensilica Xtensa可配置处理器478

习题485

参考文献486