计算机组成与系统结构(第3版)

第1章 计算机系统概述 1.1 计算机的发展历程 1.1.1 通用电子计算机的诞生 1.1.2 元器件的更新与体系结构的发展 1.2 计算机系统的基本组成 1.2.1 计算机硬件的基本组成 1.2.2 计算机软件 1.3 计算机系统层次结构 1.3.1 计算机系统抽象层的转换 1.3.2 计算机系统的不同用户 1.4 程序开发与执行过程 1.4.1 从源程序到可执行程序 1.4.2 可执行文件的启动和执行 1.4.3 程序与指令及控制信号的关系 1.4.4 指令的执行过程 1.5 计算机系统性能评价 1.5.1 计算机性能的定义 1.5.2 用指令执行速度进行性能评估 1.5.3 用基准程序进行性能评估 1.5.4 Amdahl定律 1.6 本章小结 习题 第2章 数据的机器级表示 2.1 数制和编码 2.1.1 信息的二进制编码 2.1.2 进位记数制 2.1.3 定点和浮点表示 2.1.4 定点数的编码 2.2 整数的表示 2.2.1 无符号整数的表示 2.2.2 带符号整数的表示 2.2.3 C语言中的整数类型 2.3 实数的表示 2.3.1 浮点数的表示格式 2.3.2 浮点数的规格化 2.3.3 IEEE 754浮点数标准 2.3.4 C语言中的浮点数类型 2.4 非数值数据的编码表示 2.4.1 逻辑值 2.4.2 西文字符 2.4.3 汉字字符 2.5 数据的宽度和存储 2.5.1 数据的宽度和单位 2.5.2 数据的存储和排列顺序 2.6 本章小结 习题 第3章 运算方法和运算部件 3.1 高级语言和机器指令中的运算 3.1.1 C语言程序中涉及的运算 3.1.2 MIPS指令中涉及的运算 3.2 基本运算部件 3.2.1 全加器和加法器 3.2.2 并行进位加法器 3.2.3 带标志加法器 3.2.4 算术逻辑部件 3.3 定点数运算 3.3.1 补码加减运算 3.3.2 原码加减运算 3.3.3 原码乘法运算 3.3.4 补码乘法运算 3.3.5 快速乘法器 3.3.6 原码除法运算 3.3.7 补码除法运算 3.4 整数乘除运算 3.4.1 乘除运算溢出判断 3.4.2 常量的乘除运算 3.5 浮点数运算 3.5.1 浮点数加减运算 3.5.2 浮点运算的精度和舍入 3.5.3 浮点数乘/除运算 3.6 本章小结 习题 第4章 指令系统 4.1 指令格式设计 4.1.1 指令地址码的个数 4.1.2 指令格式设计原则 4.2 指令系统设计 4.2.1 基本设计问题 4.2.2 操作数类型 4.2.3 寻址方式 4.2.4 操作类型 4.2.5 操作码编码 4.2.6 标志信息的生成与使用 4.2.7 指令系统设计风格 4.2.8 异常和中断处理机制 4.3 程序的机器级表示 4.3.1 MIPS汇编语言和机器语言 4.3.2 选择结构的机器代码表示 4.3.3 循环结构的机器代码表示 4.3.4 过程调用的机器代码表示 4.4 指令系统实例:RISC-V架构 4.4.1 RISC-V指令系统概述 4.4.2 RISC-V指令参考卡 4.4.3 基础整数指令集 4.5 本章小结 习题 第5章 中央处理器 5.1 CPU概述 5.1.1 CPU的基本功能 5.1.2 CPU的基本组成 5.1.3 数据通路与时序控制 5.2 单周期处理器设计 5.2.1 指令功能的描述 5.2.2 数据通路的设计 5.2.3 控制器的设计 5.2.4 时钟周期的确定 5.3 多周期处理器设计 5.3.1 多周期处理器设计思想 5.3.2 多周期数据通路设计 5.3.3 硬连线控制器设计 5.3.4 微程序控制器设计 5.4 带异常处理的处理器设计 5.4.1 CPU对异常和中断的处理 5.4.2 带异常处理的数据通路设计 5.4.3 带异常处理的有限状态机 5.5 本章小结 习题 第6章 指令流水线 6.1 流水线概述 6.1.1 流水线的执行效率 6.1.2 适合流水线的指令集特征 6.2 流水线处理器的实现 6.2.1 每条指令的流水段分析 6.2.2 流水线数据通路的设计 6.2.3 流水线控制器的设计 6.3 流水线冒险及其处理 6.3.1 结构冒险 6.3.2 数据冒险 6.3.3 控制冒险 6.4 高级流水线技术 6.4.1 静态多发射处理器 6.4.2 动态多发射处理器 6.4.3 Pentium 4处理器的流水线结构 6.5 本章小结 习题 第7章 存储器层次结构 7.1 存储器概述 7.1.1 存储器的分类 7.1.2 主存储器的组成和基本操作 7.1.3 存储器的层次化结构 7.2 半导体随机存取存储器 7.2.1 基本存储元件 7.2.2 SRAM芯片和DRAM芯片 7.2.3 SDRAM芯片技术 7.2.4 内存条和内存条插槽 7.2.5 存储器芯片的扩展 7.2.6 多模块存储器 7.3 外部辅助存储器 7.3.1 磁盘存储器的结构 7.3.2 磁盘存储器的性能指标 7.3.3 磁盘存储器的连接 7.3.4 冗余磁盘阵列 7.3.5 Flash存储器和U盘 7.3.6 固态硬盘 7.4 存储器的数据校验 7.4.1 数据校验基本原理 7.4.2 奇偶校验码 7.4.3 海明校验码 7.4.4 循环冗余校验码 7.5 高速缓冲存储器 7.5.1 程序访问的局部性 7.5.2 cache的基本工作原理 7.5.3 cache行和主存块之间的映射方式 7.5.4 cache中主存块的替换算法 7.5.5 cache的一致性问题 7.5.6 cache缺失对总体性能的影响 7.5.7 cache设计应考虑的问题 7.5.8 cache结构举例 7.6 虚拟存储器 7.6.1 虚拟存储器的基本概念 7.6.2 进程的虚拟地址空间 7.6.3 虚拟存储器的实现 7.6.4 存储保护 7.7 本章小结 习题 第8章 系统互连及输入输出组织 8.1 外部设备的分类与特点 8.1.1 外设的分类 8.1.2 外设的特点 8.2 常用输入输出设备 8.2.1 键盘 8.2.2 打印机 8.2.3 显示器 8.3 外设与CPU和主存的互连 8.3.1 总线的基本概念 8.3.2 基于总线的互连结构 8.3.3 I/O接口的功能 8.3.4 I/O接口的通用结构 8.3.5 I/O端口及其编址 8.4 I/O数据传送控制方式 8.4.1 程序直接控制I/O方式 8.4.2 中断控制I/O方式 8.4.3 DMA方式 8.5 内核空间I/O软件 8.5.1 I/O子系统概述 8.5.2 与设备无关的I/O软件 8.5.3 设备驱动程序 8.5.4 中断服务程序 8.6 本章小结 习题 第9章 并行处理系统 9.1 并行处理系统概述 9.1.1 并行处理的主要技术问题 9.1.2 并行处理系统的分类 9.2 多处理器系统 9.2.1 UMA多处理器结构 9.2.2 NUMA多处理器结构 9.2.3 多处理器系统中的互连网络 9.2.4 多核处理器和硬件多线程技术 9.2.5 共享存储器的同步控制 9.3 多计算机系统 9.3.1 集群多计算机系统 9.3.2 网格多计算机系统 9.4 向量处理机和SIMD技术 9.4.1 向量计算机 9.4.2 Intel架构中的SIMD技术 9.4.3 GPU架构 9.5 并行处理编程模式简介 9.6 本章小结 参考文献