计算机系统基础与实践(微课版)

第1章 计算机系统概述
1．1 计算机系统的定义和类别
1．1．1 计算机系统的定义
1．1．2 计算机系统的类别
1．2 计算机系统中的抽象层次
1．2．1 计算机系统层次结构 第1章计算机系统概述1
1.1计算机系统的定义和类别1
1.1.1计算机系统的定义1
1.1.2计算机系统的类别5
1.2计算机系统中的抽象层次7
1.2.1计算机系统层次结构7
1.2.2计算机系统的不同用户9
1.2.3冯·诺依曼架构11
1.2.4程序的编译及执行过程14
1.3计算机性能16
1.3.1性能的指标和度量16
1.3.2CPU性能17
1.3.3指令性能18
1.3.4实例: 处理器性能评测21
小结22
习题23
第2章组合电路与时序电路25
2.1组合电路25
2.1.1真值表26
2.1.2布尔代数26
2.1.3逻辑图27
2.1.4组合电路分析28
2.2时序电路31
2.2.1SR锁存器32
2.2.2触发器的触发方式34
2.2.3触发器的逻辑功能37
2.3计算机子系统40
2.3.1CPU子系统40 2.3.2总线45
2.3.3内存子系统47
〖3〗计算机系统基础与实践(微课版)目录〖3〗小结49
习题49
第3章处理器体系结构52
3.1指令集体系结构52
3.1.1精简指令集与复杂指令集52
3.1.2二进制翻译55
3.2LoongArch指令系统概述57
3.2.1LoongArch指令的编码与汇编助记格式57
3.2.2LoongArch的寄存器组59
3.2.3LoongArch的寻址方式62
3.3LoongArch32指令集65
3.3.1数据处理指令65
3.3.2转移指令74
3.3.3访存指令76
3.3.4栅障指令79
3.3.5浮点处理指令80
3.3.6特权指令81
3.3.7其他杂项指令87
3.4汇编语言源程序格式88
3.4.1汇编语言程序的结构89
3.4.2汇编语言的行构成91
3.4.3伪指令92
3.4.4宏指令95
3.5汇编语言机器级表示97
3.5.1过程调用的机器级表示97
3.5.2选择语句的机器级表示100
3.5.3循环结构的机器级表示104
小结108
习题109
第4章程序的加载与运行111
4.1可执行目标文件的生成111
4.1.1编译112
4.1.2汇编113
4.1.3链接115
4.2可执行目标文件的运行117
4.2.1加载118
4.2.2程序执行过程121
4.2.3指令执行介绍123
4.3流水线技术125
4.3.1流水线方式126
4.3.2指令流水线127
4.3.3流水线存在的问题129
4.3.4流水线与异常处理133
4.3.5流水线优化技术133
小结139
习题140
第5章数据的机器级表示和运算142
5.1数据类型及编码方式概述142
5.1.1数值数据及其编码方式143
5.1.2非数值数据及其编码方式144
5.1.3进位记数制146
5.2整数的表示150
5.2.1无符号数编码150
5.2.2有符号数编码150
5.3整数运算154
5.3.1移位运算154
5.3.2加减法运算155
5.3.3乘法运算157
5.3.4除法运算166
5.4浮点数表示与运算170
5.4.1浮点表示法170
5.4.2浮点数计算173
小结174
习题175
第6章层次化结构存储176
6.1存储技术176
6.1.1存储器176
6.1.2存储技术发展趋势178
6.2局部性原理与层次化存储结构180
6.2.1局部性180
6.2.2存储器层次结构182
6.3高速缓冲存储器183
6.3.1Cache的基本工作原理183
6.3.2Cache主存地址映射184
6.3.3Cache替换策略191
6.3.4Cache写策略192
6.3.5Cache存储器的性能分析194
6.3.6Cache与程序性能197
6.4虚拟存储器200
6.4.1虚拟存储器概述200
6.4.2页式存储管理202
6.4.3段式虚拟存储管理209
6.4.4段页式存储管理211
6.5外部存储器214
6.5.1磁盘存储器214
6.5.2闪存存储器218
6.5.3新型非易失性存储器222
6.6I/O系统225
6.6.1I/O系统的定义与组成225
6.6.2I/O软硬件层次结构227
6.6.3Linux中的I/O栈239
小结241
习题243
第7章异常控制流246
7.1进程246
7.1.1进程的概念247
7.1.2进程的逻辑控制流248
7.1.3进程的私有地址空间249
7.1.4进程的上下文切换251
7.1.5进程的控制252
7.2异常和中断的概念254
7.2.1基本概念254
7.2.2异常255
7.2.3中断259
7.3异常和中断的响应过程261
7.4LoongArch指令系统中的异常和中断264
7.4.1相关控制状态寄存器264
7.4.2异常的处理267
7.4.3中断的处理269
小结270
习题271
第8章实践部分273
8.1龙芯平台初探273
8.1.1实验背景273
8.1.2实验目的273
8.1.3实验要求273
8.1.4实验步骤273
8.2文件读写及加解密278
8.2.1实验背景278
8.2.2实验目的279
8.2.3实验要求279
8.2.4实验步骤279
8.3二进制炸弹拆除281
8.3.1实验背景281
8.3.2实验目的282
8.3.3实验要求282
8.3.4实验步骤282
8.4简单的计算机模拟器286
8.4.1实验背景286
8.4.2实验目的287
8.4.3实验要求287
8.4.4实验步骤287
8.5设计LoongArch五级流水线模拟器中的Cache306
8.5.1实验背景306
8.5.2实验目的307
8.5.3实验要求307
8.5.4实验步骤309
参考文献327
1．2．2 计算机系统的不同用户
1．2．3 冯·诺依曼架构
1．2．4 程序的编译及执行过程
1．3 计算机性能
1．3．1 性能的指标和度量
1．3．2 CPU性能
1．3．3 指令性能
1．3．4 实例：处理器性能评测
小结
习题

第2章 组合电路与时序电路
2．1 组合电路
2．1．1 真值表
2．1．2 布尔代数
2．1．3 逻辑图
2．1．4 组合电路分析
2．2 时序电路
2．2．1 SR锁存器
2．2．2 触发器的触发方式
2．2．3 触发器的逻辑功能
2．3 计算机子系统
2．3．1 CPU子系统
2．3．2 总线
2．3．3 内存子系统
小结
习题

第3章 处理器体系结构
3．1 指令集体系结构
3．1．1 精简指令集与复杂指令集
3．1．2 二进制翻译
3．2 LoongArch指令系统概述
3．2．1 LoongArch指令的编码与汇编助记格式
3．2．2 LoongArch的寄存器组
3．2．3 LoongArch的寻址方式
3．3 LoongArch32指令集
3．3．1 数据处理指令
3．3．2 转移指令
3．3．3 访存指令
3．3．4 栅障指令
3．3．5 浮点处理指令
3．3．6 特权指令
3．3．7 其他杂项指令
3．4 汇编语言源程序格式
3．4．1 汇编语言程序的结构
3．4．2 汇编语言的行构成
3．4．3 伪指令
3．4．4 宏指令
3．5 汇编语言机器级表示
3．5．1 过程调用的机器级表示
3．5．2 选择语句的机器级表示
3．5．3 循环结构的机器级表示
小结
习题

第4章 程序的加载与运行
4．1 可执行目标文件的生成
4．1．1 编译
4．1．2 汇编
4．1．3 链接
4．2 可执行目标文件的运行
……
第5章 数据的机器级表示和运算
第6章 层次化结构存储
第7章 异常控制流
第8章 实践部分
参考文献