《21世紀高等學校規(guī)劃教材·計算機科學與技術:計算機組成原理》系統(tǒng)地介紹了計算機各組成部件的工作原理、邏輯實現(xiàn)、設計方法,以及相互連接構成整機系統(tǒng)的相關問題。全書共分為8章:計算機系統(tǒng)概論,運算方法和運算器,內部存儲器,指令系統(tǒng),中央處理器,總線系統(tǒng),外圍設備,輸入輸出系統(tǒng)。
《21世紀高等學校規(guī)劃教材·計算機科學與技術:計算機組成原理》概念清晰、深入淺出、通俗易懂,同時又具有一定的理論高度,貼近當前的新技術和新思想,內容安排符合教學規(guī)律,具有廣泛的適應層面。書中例題由淺入深,具有實用性、典型性,并力求與當代計算機技術緊密結合。
《21世紀高等學校規(guī)劃教材·計算機科學與技術:計算機組成原理》可作為工科院校專科生、本科生計算機專業(yè)教材,也可作為其他科技人員的參考書。
《21世紀高等學校規(guī)劃教材·計算機科學與技術:計算機組成原理》特色:強調基本概念和基礎知識;注重理論與實踐的結合;教學實例由淺入深,洋略得當;完全體現(xiàn)研究生入學考試綜合考試大綱的要求。
“計算機組成原理”是高等學校計算機科學與技術專業(yè)及其他相關專業(yè)的一門核心專業(yè)基礎課程,也是非計算機專業(yè)的學生學習和掌握計算機應用技術的一門專業(yè)基礎課程。從課程地位來說,它在先導課和后繼課之間起著承上啟下的作用。2009年起,“計算機組成原理”成為計算機類專業(yè)研究生入學考試的全國統(tǒng)考課程,更加奠定了該課程的核心地位。為適應人才培養(yǎng)和研究生入學考試的需要,本書以全國碩士研究生入學統(tǒng)一考試中“計算機組成原理”綜合考試大綱為依據(jù),在參考國內外高校使用的教材和文獻的基礎上,結合作者多年教學經驗編寫而成。該教材著力于提高大學生的學習能力、實踐能力和創(chuàng)新能力,培養(yǎng)造就具有較強綜合能力的人才,通過本教材的學習,學生能夠比較系統(tǒng)地掌握計算機的組成結構和工作原理,能夠運用所學的基本原理和方法分析、判斷和解決相關理論和實際問題。
本教材共分為8章,各章內容如下。
第1章計算機系統(tǒng)概論,介紹了計算機的分類、發(fā)展及層次結構,并對馮·諾依曼機硬件結構中的各組成部分進行了概要介紹,為以后章節(jié)的學習打下了基礎。
第2章運算方法和運算器,從數(shù)的表示格式出發(fā),詳細介紹了機器碼的表現(xiàn)形式,定點數(shù)與浮點數(shù)的表示,二進制數(shù)的運算法則以及運算器的組成。
第3章內部存儲器,介紹了存儲器的分類、層次結構和技術指標,主存儲器工作原理,存儲器與CPU的連接方法,并行存儲器,高速緩沖存儲器,以及由各種存儲器組成多級存儲系統(tǒng)的工作原理。
第4章指令系統(tǒng),主要介紹了指令格式及指令的尋址方式,常見指令的分類、CISC和RISC指令的特點。
第5章中央處理器,CPU設計是計算機組成原理課程中的重要組成部分,本章介紹了中央處理器CPU的組成及其功能、指令的執(zhí)行過程、時序及微操作信號的產生,并對控制器的組合邏輯實現(xiàn)方法和微程序實現(xiàn)方法進行了說明,通過這一章的學習,讀者可以形成CPU的完整概念和設計方法。
第6章總線系統(tǒng),介紹了總線的概念與分類、輸入輸出的基本控制方式、計算機總線、主機與外圍設備之間的連接方式。
第7章外圍設備,介紹了除CPU與存儲器以外的常用外圍設備的工作原理。
第8章輸入輸出系統(tǒng),介紹了輸入輸出的基本控制方式,各方式的特點及邏輯實現(xiàn)方法。
本課程的參考教學時數(shù)為60~70學時。在教學順序上,可按編寫順序教授,即計算機如何運算、如何存儲信息、如何執(zhí)行指令、如何連接I/O子系統(tǒng)以構成整機系統(tǒng); 也可將內部存儲器一章放在CPU之后講授,即先建立CPU整機概念,再構造主機與系統(tǒng)的連接。目錄中帶星號(*)的部分可根據(jù)各高校實際學時情況安排。
本書的第1章、第2章、第4章、第8章由谷赫編寫,第3章、第5章由鄒鳳華編寫,第6章、第7章由李念峰編寫; 全書由谷赫統(tǒng)稿。本書在編寫過程中,戴銀飛、楚葉峰、邵丹、趙耀紅、王艷柏等老師也提出了許多建設性意見并給予了很多幫助,在此表示衷心感謝。
限于時間和編者水平有限,本書在選材和對理論及先進技術的理解上可能有不妥之處,敬請讀者批評指正。衷心希望本教材能夠為我國高等院校計算機科學與技術等專業(yè)的教學做出貢獻,歡迎廣大讀者廣為選用。
編者
2012年6月
第1章 計算機系統(tǒng)概論
1.1 計算機的分類
1.2 計算機的發(fā)展
1.3 計算機的組成
1.3.1 馮·諾依曼計算機的特點
1.3.2 計算機的硬件系統(tǒng)
1.3.3 計算機的軟件系統(tǒng)
1.3.4 非馮·諾依曼計算機
1.3.5 計算機的性能指標
1.4 計算機系統(tǒng)的層次結構
1.4.1 多級組成的計算機系統(tǒng)
1.4.2 軟件與硬件的邏輯等價性
本章小結
習題
第2章 運算方法和運算器
2.1 數(shù)據(jù)與文字的表示方式
2.1.1 無符號數(shù)和有符號數(shù)
2.1.2 數(shù)據(jù)格式
2.1.3 數(shù)的機器碼表示
2.1.4 十進制數(shù)串的表示方法
2.1.5 字符與字符串的表示方法
2.1.6 漢字的表示方法
2.1.7 校驗碼
2.2 定點運算
2.2.1 定點加減運算
2.2.2 定點乘法運算
2.2.3 定點除法運算
2.3 浮點數(shù)運算
2.3.1 浮點加、減法運算
2.3.2 浮點乘、除法運算
2.4 運算器
2.4.1 基本的二進制加減法器
2.4.2 多功能算術邏輯運算單元
本章小結
習題
第3章 內部存儲器
3.1 存儲器概述
3.1.1 存儲器的分類
3.1.2 存儲器的分級
3.1.3 存儲單元地址的分配
3.1.4 主存儲器的技術指標
3.2 隨機存取存儲器
3.2.1 靜態(tài)RAM
3.2.2 動態(tài)RAM
3.3 只讀存儲器
3.4 存儲器與CPU的連接
3.5 并行存儲器
3.5.1 雙端口存儲器
3.5.2 多模塊交叉存儲器
3.6 高速緩沖存儲器Cache
3.6.1 Cache基本原理
3.6.2 主存與Cache的地址映射
3.6.3 替換策略
3.6.4 Cache的寫操作策略
3.6.5 Pentium 4的Cache組織
本章小結
習題
第4章 指令系統(tǒng)
4.1 指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求
4.1.1 指令系統(tǒng)的發(fā)展
4.1.2 對指令系統(tǒng)性能的要求
4.1.3 低級語言與硬件結構的關系
4.2 指令格式
4.2.1 操作碼
4.2.2 地址碼
4.2.3 指令字長度
4.2.4 指令助記符
4.2.5 操作數(shù)類型
……
第5章 中央處理器
第6章 總線系統(tǒng)
第7章 外圍設備
第8章 輸入輸出系統(tǒng)
參考文獻