计算机组成原理教程-(第8版)

目??录 第1章 计算机系统概述 1 1.1 计算工具自动化的形成轨迹 1 1.1.1 算盘和算筹——软件与硬件的起源 1 1.1.2 从提花机到巴贝奇分析机——内程序计算机模型的提出 5 1.1.3 内动力计算机的形成轨迹 9 1.1.4 从八卦图到布尔代数——电子数字计算机的理论基础 16 1.1.5 冯·诺依曼电子数字计算机体系的确立 24 1.1.6 操作系统——计算机的自我管理 28 1.1.7 现代计算机系统结构 30 1.1.8 自动计算机理论的再讨论 32 1.2 0、1编码 33 1.2.1 数字系统中的信息单位与量级 33 1.2.2 十进制数与二进制数的转换 34 1.2.3 八进制、十六进制和二-十进制 36 1.2.4 原码、反码、补码和移码 37 1.2.5 浮点数与定点数 40 1.2.6 声音的0、1编码 42 1.2.7 图形/图像的0、1编码 43 1.2.8 文字的0、1编码 46 1.2.9 指令的0、1编码与计算机程序设计语言 49 1.2.10 数据传输中的抗干扰编码 51 1.3 电子数字计算机的基本原理 54 1.3.1 电子数字计算机的运算器 54 1.3.2 计算机存储器 56 1.3.3 计算机控制器 60 1.3.4 总线 63 1.3.5 计算机中的时序控制 64 1.4 冯·诺依曼计算机体系改进 66 1.4.1 冯·诺依曼体系的瓶颈 66 1.4.2 并行与共享 67 1.4.3 哈佛结构 70 1.5 计算机性能评测 71 1.5.1 计算机的主要性能指标 71 1.5.2 计算机性能测试工具 76 1.5.3 天梯图 78 习题 79 第2章 存储系统 83 2.1 主存储器概述 83 2.1.1 ROM元件 83 2.1.2 RAM元件与存储结构 85 2.1.3 DRAM元件与基本存储结构 88 2.2 主存储体组织 91 2.2.1 内存条的结构 91 2.2.2 存储体的基本扩展方式 94 2.2.3 Bank 95 2.2.4 并行存储器 97 2.2.5 并行处理机的主存储器 99 2.2.6 存储器控制器 100 2.3 SDRAM内部操作与性能参数 101 2.3.1 SDRAM的主要引脚 101 2.3.2 SDRAM的读写时序 101 2.3.3 突发传输 104 2.3.4 数据掩码 105 2.3.5 DRAM的动态刷新 106 2.3.6 芯片初始化与预充电 109 2.3.7 RAM的一般性能参数 111 2.3.8 DDR SDRAM芯片参数 113 2.4 磁盘存储器 114 2.4.1 磁表面存储原理 114 2.4.2 硬磁盘存储器的存储结构 117 2.4.3 磁盘格式化 118 2.4.4 硬磁盘存储器与主机的连接 121 2.4.5 硬磁盘存储器的技术参数 123 2.4.6 磁盘阵列RAID 125 2.5 光盘存储器 129 2.5.1 光盘的技术特点与类型 129 2.5.2 可擦写型光盘的读写原理 129 2.5.3 光盘规格 130 2.6 闪速存储器 133 2.6.1 闪存的原理 134 2.6.2 固态硬盘 134 2.7 存储体系 136 2.7.1 多级存储体系的建立 136 2.7.2 多级存储体系的性能参数 138 2.7.3 Cache-主存机制 139 2.7.4 虚拟存储器 144 2.8 未来记忆元件 148 2.8.1 磁随机存取存储器 148 2.8.2 铁电随机存取存储器 149 2.8.3 相变随机存取存储器 149 2.8.4 阻变随机存取存储器 150 习题 151 第3章 总线与主板 154 3.1 总线的概念 154 3.1.1 总线及其规范 154 3.1.2 总线分类 155 3.1.3 总线的性能指标 158 3.1.4 标准系统总线 159 3.2 总线的工作原理 160 3.2.1 总线的组成与基本传输过程 160 3.2.2 总线的争用与仲裁 161 3.2.3 总线通信中主从之间的时序控制 164 3.3 几种标准系统总线分析 168 3.3.1 ISA总线 168 3.3.2 PCI总线 169 3.3.3 AGP总线 173 3.3.4 PCI-Express总线 174 3.4 几种标准I/O总线分析 175 3.4.1 ATA与SATA总线 175 3.4.2 SCSI与SAS总线 177 3.4.3 USB总线 180 3.4.4 光纤总线FC 183 3.5 微型计算机主板 183 3.5.1 主板的概念 183 3.5.2 主板的组成 184 3.5.3 主板架构及其进展 190 3.5.4 主板选择参数 194 3.5.5 主板整合技术 196 3.5.6 智慧型主板 196 习题 199 第4章 I/O接口与数据交换控制 201 4.1 I/O接口 201 4.1.1 影响I/O设备与计算机连接的主要因素 201 4.1.2 I/O接口的功能与类型 203 4.1.3 I/O接口的一般结构 203 4.1.4 缓冲 204 4.1.5 I/O端口及其编址 206 4.2 I/O过程的程序直接控制 207 4.2.1 I/O过程的程序无条件传送控制方式 207 4.2.2 I/O过程的程序查询传送方式 208 4.3 I/O过程的程序中断控制 209 4.3.1 程序中断控制的核心概念 209 4.3.2 中断关键技术 212 4.3.3 中断接口 216 4.3.4 多重中断 218 4.4 I/O数据传送的DMA控制 218 4.4.1 DMA的基本概念 218 4.4.2 DMA与CPU共享存储器冲突的解决方案 219 4.4.3 DMA控制器 221 4.4.4 DMA传送过程 222 4.4.5 DMA方式与中断方式的比较 224 4.5 I/O过程的通道控制 225 4.5.1 通道控制及其特点 225 4.5.2 通道控制原理 227 4.5.3 通道类型 229 习题 230 第5章 计算机输入输出设备 233 5.1 计算机输入输出设备概述 233 5.1.1 计算机人-机界面技术的进步 233 5.1.2 I/O设备的分类 235 5.1.3 绿色计算机设备 236 5.2 键盘与鼠标 237 5.2.1 物理键盘及其原理 237 5.2.2 键盘布局类型 238 5.2.3 软键盘 239 5.2.4 虚拟激光键盘 240 5.2.5 鼠标 240 5.3 打印设备 241 5.3.1 打印设备及其分类 241 5.3.2 打印机的基本性能指标 242 5.3.3 喷墨打印机 243 5.3.4 激光打印机 245 5.3.5 3D打印机 247 5.3.6 4D打印机 250 5.4 显示器 251 5.4.1 平板显示器的基本原理 252 5.4.2 图像显示关键技术 255 5.4.3 平板显示器的技术指标 256 5.4.4 触摸屏 258 5.5 虚拟现实、增强现实与现实虚拟 260 5.5.1 虚拟现实 260 5.5.2 增强现实 262 5.5.3 现实虚拟、混合现实与介导现实 265 5.6 I/O设备适配器 266 5.6.1 显示适配器 267 5.6.2 声卡 270 5.6.3 网络适配器 272 5.7 设备驱动程序与BIOS 274 5.7.1 设备驱动程序 274 5.7.2 ROM BIOS 277 习题 279 第6章 控制器逻辑 281 6.1 处理器的外特性——指令系统 281 6.1.1 指令系统与汇编语言概述 281 6.1.2 寻址方式 284 6.1.3 Intel 8086指令简介 289 6.1.4 CISC与RISC 296 6.1.5 指令系统的设计内容 301 6.2 组合逻辑控制器 301 6.2.1 指令的微操作分析 302 6.2.2 指令的时序控制与时序部件 304 6.2.3 组合逻辑控制器设计举例 306 6.3 微程序控制器 308 6.3.1 概述 308 6.3.2 微程序操作控制部件的组成 309 6.3.3 微程序操作控制部件设计举例 310 习题 312 第7章 处理器架构 316 7.1 流水线技术 316 7.1.1 指令流水线 316 7.1.2 运算流水线 318 7.1.3 流水线中的相关冲突 319 7.1.4 流水线中的多发射技术 321 7.1.5 Pentium CPU 322 7.1.6 流水线向量处理机 326 7.2 多处理器系统 330 7.2.1 多计算机系统与多处理器系统 330 7.2.2 SMP架构 331 7.2.3 多处理器操作系统 334 7.3 多线程处理器 335 7.3.1 多线程处理器架构的提出 335 7.3.2 同时多线程技术SMT 337 7.3.3 超线程处理器 339 7.4 多核处理器 342 7.4.1 多核处理器及其特点 342 7.4.2 多核 多线程—— CMT技术 344 7.5 关于处理器并行性开发的讨论 344 7.5.1 并行性及其级别 344 7.5.2 基于并行性的处理器体系Flynn分类 346 7.5.3 处理器并行性开发的思路与途径 347 习题 349 第8章 未来计算机展望 351 8.1 非冯·诺依曼体系计算机探索 351 8.1.1 数据流计算机 351 8.1.2 归约机 354 8.1.3 拟态计算机 355 8.2 智能计算机的研究 356 8.2.1 人工智能及其研究 356 8.2.2 智能计算机 362 8.2.3 人工神经元网络 365 8.3 未来计算机元器件展望 370 8.3.1 摩尔定律及其影响 370 8.3.2 突破传统微电子工艺的努力 372 8.3.3 纳米电子器件 374 8.3.4 量子计算机 377 8.3.5 光学计算机 380 8.3.6 超导技术 381 8.3.7 生物计算机 382 习题 384 附录A 国内外常用二进制逻辑元件图形符号对照图 385 参考文献 387 ·III·