计算机组成原理（第六版.立体化教材）

《计算机组成原理（第六版.立体化教材）》是“十二五”普通高等教育本科国家规划教材，重点讲授计算机单处理器系统的组成和工作原理，在此基础上扩展讲授并行体系结构。《计算机组成原理（第六版.立体化教材）》共11章，主要内容包括计算机系统概论、运算方法和运算器、存储系统、指令系统、中央处理器、总线系统、外围设备、输入/输出系统、并行组织与结构、课程教学实验设计和课程综合设计。
　　《计算机组成原理（第六版.立体化教材）》是作者对“计算机组成原理”课程体系、教学内容、教学方法、教学手段进行综合改革的具体成果。《计算机组成原理（第六版.立体化教材）》特色：基础性、时代性、系统性、实践性、启发性融为一体，文字教材、多媒体CAI动画演示视频、教学课件、习题答案库、自测试题库、教学仪器、实验设计、课程设计综合配套，形成“理论、实验、设计”三个过程相统一的立体化教学体系。

白中英，北京邮电大学计算机学院二级教授、博士生导师。研究方向：计算机体系结构，网络安全。在工程和科学研究中，先后主持完成863i页目、自然科学项目4项，省部级项目6项。1项成果获科学大会重大成果奖。1项成果获科技进步奖，5项成果获部级科技进步一、，3项成果获发明专利。在教育和研究中，计算机组成教程获重量教材特等奖，4项成果获重量成果奖。2003年首届北京市“名师奖”，2008年“重量团队”。出版著作15部，发表学术60余篇。指导博士，硕士50余人。

目录
第1章 计算机系统概论 1
1.1 计算机的分类 1
1.2 计算机的发展简史 2
1.2.1 计算机的五代变化 2
1.2.2 半导体存储器的发展 3
1.2.3 微处理器的发展 3
1.2.4 计算机的性能指标 5
1.3 计算机的硬件 6
1.3.1 硬件组成要素 6
1.3.2 运算器 8
1.3.3 存储器 8
1.3.4 控制器 9
1.3.5 适配器与输入/输出设备 11
1.4 计算机的软件 12
1.4.1 软件的组成与分类 12
1.4.2 软件的发展演变 12
1.5 计算机系统的层次结构 14
1.5.1 多级组成的计算机系统 14
1.5.2 软件与硬件的逻辑等价性 15
本章小结 15
习题 16
第2章 运算方法和运算器 17
2.1 数据与文字的表示方法 17
2.1.1 数据格式 17
2.1.2 数的机器码表示 19
2.1.3 字符与字符串的表示方法 24
2.1.4 汉字的表示方法 26
2.1.5 校验码 27
2.2 定点加法、减法运算 27
2.2.1 补码加法 27
2.2.2 补码减法 29
2.2.3 溢出概念与检测方法 30
2.2.4 基本的二进制加法/减法器 31
2.3 定点乘法运算 33
2.4 定点除法运算 38
2.4.1 原码除法算法原理 38
2.4.2 并行除法器 39
2.5 定点运算器的组成 43
2.5.1 逻辑运算 43
2.5.2 多功能算术/逻辑运算单元 45
2.5.3 内部总线 49
2.5.4 定点运算器的基本结构 49
2.6 浮点运算方法和浮点运算器 51
2.6.1 浮点加法、减法运算 51
2.6.2 浮点乘法、除法运算 55
2.6.3 浮点运算流水线 57
本章小结 60
习题 60
第3章 存储系统 62
3.1 存储系统概述 62
3.1.1 存储系统的层次结构 62
3.1.2 存储器的分类 63
3.1.3 存储器的编址和端模式 64
3.1.4 存储器的技术指标 65
3.2 静态随机存取存储器 65
3.2.1 基本的静态存储元阵列 66
3.2.2 基本的SRAM逻辑结构 66
3.2.3 SRAM读/写时序 67
3.2.4 存储器容量的扩充 68
3.3 动态随机存取存储器 69
3.3.1 DRAM存储元的工作原理 69
3.3.2 DRAM芯片的逻辑结构 70
3.3.3 DRAM读/写时序 71
3.3.4 DRAM的刷新操作 71
3.3.5 突发传输模式 72
3.3.6 同步DRAM(SDRAM) 72
3.3.7 双倍数据率SDRAM(DDR SDRAM) 76
3.3.8 DRAM读/写校验 76
3.3.9 CDRAM 77
3.4 只读存储器 79
3.4.1 只读存储器概述 79
3.4.2 NOR闪存 81
3.5 并行存储器 86
3.5.1 双端口存储器 86
3.5.2 多模块交叉存储器 88
3.6 cache存储器 92
3.6.1 cache基本原理 92
3.6.2 主存与cache的地址映射 94
3.6.3 cache的替换策略 100
3.6.4 cache的写操作策略 101
3.6.5 Pentium 4的cache组织 102
3.6.6 使用多级cache减少缺失损失 103
3.7 虚拟存储器 103
3.7.1 虚拟存储器的基本概念 103
3.7.2 页式虚拟存储器 105
3.7.3 段式虚拟存储器和段页式虚拟存储器 108
3.7.4 虚存的替换算法 110
3.7.5 存储管理部件 111
3.8 奔腾系列机的虚存组织 111
3.8.1 存储器模型 112
3.8.2 虚地址模式 112
3.8.3 分页模式下的地址转换 113
本章小结 114
习题 115
第4章 指令系统 118
4.1 指令系统的发展与性能要求 118
4.1.1 指令系统的发展 118
4.1.2 指令系统的性能要求 119
4.1.3 低级语言与硬件结构的关系 119
4.2 指令格式 120
4.2.1 操作码 120
4.2.2 地址码 121
4.2.3 指令字长度 122
4.2.4 指令助记符 123
4.2.5 指令格式举例 124
4.3 操作数类型 127
4.3.1 一般的数据类型 127
4.3.2 Pentium数据类型 127
4.3.3 Power PC数据类型 128
4.4 指令和数据的寻址方式 128
4.4.1 指令的寻址方式 128
4.4.2 操作数基本寻址方式 129
4.4.3 寻址方式举例 133
4.5 典型指令 135
4.5.1 指令的分类 135
4.5.2 基本指令系统的操作 137
4.5.3 RISC指令系统 138
4.6 ARM汇编语言 140
本章小结 142
习题 143
第5章 中央处理器 145
5.1 CPU的功能和组成 145
5.1.1 CPU的功能 145
5.1.2 CPU的基本组成 145
5.1.3 CPU中的主要寄存器 146
5.1.4 操作控制器与时序产生器 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 用方框图语言表示指令周期 157
5.3 时序产生器和控制方式 159
5.3.1 时序信号的作用和体制 159
5.3.2 时序信号产生器 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 微程序设计技术 169
5.5 硬布线控制器 173
5.6 流水CPU 175
5.6.1 并行处理技术 175
5.6.2 流水CPU的结构 176
5.6.3 流水线中的主要问题 178
5.7 RISC CPU 180
5.7.1 RISC机器的特点 180
5.7.2 RISC CPU实例 181
5.7.3 动态流水线调度 185
本章小结 185
习题 186
第6章 总线系统 189
6.1 总线的概念和结构形态 189
6.1.1 总线的基本概念 189
6.1.2 总线的连接方式 190
6.1.3 总线的内部结构 192
6.1.4 总线结构实例 194
6.2 总线接口 195
6.2.1 信息传送方式 195
6.2.2 总线接口的基本概念 196
6.3 总线仲裁 198
6.3.1 集中式仲裁 198
6.3.2 分布式仲裁 200
6.4 总线的定时和数据传送模式 201
6.4.1 总线的定时 201
6.4.2 总线数据传送模式 204
6.5 PCI总线和PCIe总线 205
6.5.1 多总线结构 205
6.5.2 PCI总线信号 206
6.5.3 PCI总线周期类型 207
6.5.4 PCI总线周期操作 208
6.5.5 PCI总线仲裁 209
6.5.6 PCIe总线 210
本章小结 212
习题 213
第7章 外围设备 215
7.1 外围设备概述 215
7.1.1 外围设备的一般功能 215
7.1.2 外围设备的分类 216
7.2 磁盘存储设备 217
7.2.1 磁记录原理 217
7.2.2 磁盘的组成和分类 219
7.2.3 磁盘驱动器和控制器 220
7.2.4 磁盘上信息的分布 222
7.2.5 磁盘存储器的技术指标 223
7.2.6 磁盘cache 224
7.2.7 磁盘阵列RAID 225
7.3 磁带存储设备 226
7.4 光盘和磁光盘存储设备 227
7.4.1 光盘存储设备 227
7.4.2 磁光盘存储设备 229
7.5 显示设备 230
7.5.1 显示设备的分类与有关概念 230
7.5.2 字符/图形显示器 231
7.5.3 图像显示设备 233
7.5.4 VESA显示标准 234
7.6 输入设备和打印设备 236
7.6.1 输入设备 236
7.6.2 打印设备 237
本章小结 238
习题 239
第8章 输入/输出系统 241
8.1 CPU与外设之间的信息交换
方式 241
8.1.1 输入/输出接口与端口 241
8.1.2 输入/输出操作的一般过程 242
8.1.3 I/O接口与外设间的数据传送方式 243
8.1.4 CPU与I/O接口之间的数据传送 243
8.2 程序查询方式 246
8.3 程序中断方式 248
8.3.1 中断的基本概念 248
8.3.2 中断服务程序入口地址的获取 251
8.3.3 程序中断方式的基本I/O接口 252
8.3.4 单级中断 253
8.3.5 多级中断 255
8.3.6 Pentium中断机制 258
8.4 DMA方式 260
8.4.1 DMA的基本概念 260
8.4.2 DMA传送方式 261
8.4.3 基本的DMA控制器 262
8.4.4 选择型和多路型DMA控制器 265
8.5 通道方式 267
8.5.1 通道的功能 268
8.5.2 通道的类型 269
8.5.3 通道结构的发展 270
8.6 通用I/O标准接口 270
8.6.1 并行I/O标准接口SCSI 270
8.6.2 串行I/O标准接口IEEE 1394 272
8.6.3 I/O系统设计 274
本章小结 275
习题 276
第9章 并行组织与结构 279
9.1 体系结构中的并行性 279
9.1.1 并行性的概念 279
9.1.2 提高并行性的技术途径 280
9.1.3 单处理机系统中的并行性 280
9.1.4 多处理机系统中的并行性 281
9.1.5 并行处理机的体系结构类型 282
9.1.6 并行处理机的组织和结构 283
9.2 多线程与超线程处理机 286
9.2.1 从指令级并行到线程级并行 286
9.2.2 同时多线程结构 287
9.2.3 超线程处理机结构 288
9.3 多处理机 290
9.3.1 多处