計算機組成與體系結(jié)構(gòu)

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專家指導(dǎo)委員會
譯者序
前言

第1章 引言
1.1概述
1.2計算機的主要組成部分
1.3計算機系統(tǒng)示例
1.4國際標準化組織
1.5計算機的發(fā)展史
1.5.1第零代：機械計算器
1.5.2第一代：真空管計算機
1.5.3第二代：晶體管計算機
1.5.4第三代：集成電路計算機
1.5.5第四代：超大規(guī)模集成電路計算機
1.5.6摩爾定律
1.6計算機的分層組織結(jié)構(gòu)
1.7馮諾伊曼模型
1.8非馮諾伊曼模型
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參考文獻
基本概念和術(shù)語復(fù)習
練習題

第2章 計算機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)表示方法
2.1概述
2.2位置編碼系統(tǒng)
2.3十進制數(shù)和二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換
2.3.1無符號整數(shù)的轉(zhuǎn)換
2.3.2分數(shù)轉(zhuǎn)換
2.3.3以2的指數(shù)冪為基數(shù)的數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換
2.4帶符號整數(shù)的表示方法
2.4.1符號幅值表示法
2.4.2補碼體系
2.5浮點表示法
2.5.1一個簡單的模型
2.5.2浮點算法
2.5.3浮點誤差
2.5.4 IEEE一745浮點標準
2.6字符編碼
2.6.1二進制編碼的十進制數(shù)
2.6.2EBCDIC
2.6.3ASCII
2.6.4統(tǒng)一字符編碼標準
2.7用于數(shù)據(jù)記錄和傳遞的編碼方式
2.7.1不歸零編碼
2.7.2反轉(zhuǎn)不歸零編碼
2.7.3相位調(diào)制編碼
2.7.4頻率調(diào)制編碼
2.7.5運行長度限制編碼
2.8錯誤檢測與校正
2.8.1循環(huán)冗余碼校驗
2.8.2海明編碼
2.8.3里德一所羅門編碼
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基本概念和術(shù)語復(fù)習
練習題

第3章 布爾代數(shù)和數(shù)字邏輯
3.1概述
3.2布爾代數(shù)
3.2.1布爾表達式
3.2.2布爾恒等式
3.2.3布爾表達式的化簡
3.2.4反碼
3.2.5布爾函數(shù)的表示方法
3.3邏輯門
3.3.1邏輯門的表示符號
3.3.2通用門電路
3.3.3多輸入的門電路
3.4數(shù)字電路元件
3.4.1數(shù)字電路及其與布爾代數(shù)的相互關(guān)系
3.4.2集成電路
3.5組合邏輯電路
3.5.1基本概念
3.5.2典型的組合邏輯電路
3.6時序電路
3.6.1基本概念
3.6.2時鐘信號
3.6.3觸發(fā)器
3.6.4典型的時序邏輯電路
3.7電路設(shè)計
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基本概念和術(shù)語復(fù)習
練習題
卡諾圖專題
3A.1概述
3A.2卡諾圖的描述和基本術(shù)語
3A.3利用卡諾圖化簡二變量函數(shù)
3A.4利用卡諾圖化簡三變量函數(shù)
3A.5利用卡諾圖化簡四變量函數(shù)
3A.6無關(guān)條件
3A.7小結(jié)
練習題

第4章 MARIE：簡單計算機模型
4.1概述
4.1.1CPU的基本知識和組成原理
4.1.2總線
4.1.3時鐘
4.1.4輸入／輸出子系統(tǒng)
4.1.5存儲器組成和尋址方式
4.1.6中斷
4.2MARIE
4.2.1體系結(jié)構(gòu)
4.2.2寄存器和總線
4.2.3指令系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
4.2.4寄存器傳輸表示法
4.3指令的執(zhí)行過程
4.3.1取指一譯碼一執(zhí)行周期
4.3.2中斷和輸入／輸出
4.4一個簡單的程序
4.5有關(guān)編譯程序的討論
4.5.1編譯程序的功能
4.5.2為什么使用匯編語言
4.6MARIE指令集的擴充
4.7有關(guān)譯碼的討論：硬件譯碼和微
程序控制譯碼
4.8實際的計算機體系結(jié)構(gòu)
4.8.1 Intel體系結(jié)構(gòu)
4.8.2 MIPS體系結(jié)構(gòu)
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基本概念和術(shù)語復(fù)習
練習題

第5章 指令系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)概覽
5.1概述
5.2指令格式
5.2.1指令系統(tǒng)的設(shè)計
5.2.2小端和大端的位序問題
5.2.3CPU的內(nèi)部存儲機制：堆棧和寄存器
5.2.4操作數(shù)的數(shù)目和指令的長度
5.2.5擴展操作碼
5.3指令類型
5.4尋址
5.4.1數(shù)據(jù)類型
5.4.2尋址方式
5.5指令流水線
5.6 ISA體系結(jié)構(gòu)的真實案例
5.6.1 Intel體系結(jié)構(gòu)
5.6.2 MIPS體系結(jié)構(gòu)
5.6.3 Java虛擬機
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基本概念和術(shù)語復(fù)習
練習題

第6章 存儲器
6.1概述
6.2存儲器的類型
6.3存儲器的層次結(jié)構(gòu)
6.4高速緩存存儲器
6.4.1高速緩存的映射模式
6.4.2置換策略
6.4.3有效存取時間和命中幾率
6.4.4何時高速緩存的方法會失效
6.4.5高速緩存的寫策略
6.5虛擬存儲器
6.5.1分頁
6.5.2使用分頁的有效存取時間
6.5.3綜合舉例：同時使用高速緩存、TLB和分頁
6.5.4分頁和虛擬存儲器的優(yōu)缺點
6.5.5分段
6.5.6分頁和分段的組合方式
6.6存儲器管理實例
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基本概念和術(shù)語復(fù)習
練習題

第7章 輸入／輸出和存儲系統(tǒng)
7.1概述
7.2AMDAHL定律
7.3輸入／輸出體系結(jié)構(gòu)
7.3.1 I／0的控制方法
7.3.2 I／O總線操作
7.3.3深入討論中斷控制的I／O
7.4磁盤技術(shù)
7.4.1硬盤驅(qū)動器
7.4.2軟盤
7.5光盤
7.5.1 CD-ROM
7.5.2DVD
7.5.3光盤記錄方法
7.6磁帶
7.7獨立磁盤冗余陣列
7.7.1RAID Level O
7.7.2RAID Level 1
7.7.3RAID Level 2
7.7.4RAID Level 3
7.7.5RAID Level 4
7.7.6RAID Level 5
7.7.7RAID Level 6‘
7.7.8混合RAID系統(tǒng)
7.8數(shù)據(jù)壓縮
7.8.1統(tǒng)計編碼
7.8.2Ziv—Lempet(LZ)字典系統(tǒng)
7.8.3GIF和PNG壓縮
7.8.4 JPEG壓縮
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基本概念和術(shù)語復(fù)習
練習題
選擇磁盤存儲器的實現(xiàn)專題
7A.1概述
7A.2數(shù)據(jù)傳輸模式
7A.3SCSI
7A.4存儲器的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)
7A.5其他的I／0連接
7A.6小結(jié)
練習題

第8章 系統(tǒng)軟件
8.1概述
8.2操作系統(tǒng)
8.2.1操作系統(tǒng)的發(fā)展史
8.2.2操作系統(tǒng)設(shè)計
8.2.3操作系統(tǒng)服務(wù)
8.3保護環(huán)境
8.3.1虛擬機
8.3.2子系統(tǒng)和分區(qū)
8.3.3保護環(huán)境和計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展進程
8.4編程工具
8.4.1匯編程序和匯編
8.4.2鏈接編輯器
8.4.3動態(tài)鏈接庫
8.4.4編譯器
8.4.5解釋器
8.5 Java：一種綜合語言
8.6數(shù)據(jù)庫軟件
8.7事務(wù)管理器
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基本概念和術(shù)語復(fù)習
練習題

第9章 可選擇的體系結(jié)構(gòu)
9.1概述
9.2 RISC計算機
9.3FLYNN分類方法
9.4并行和多處理器體系結(jié)構(gòu)
9.4.1超標量和Vuw體系結(jié)構(gòu)
9.4.2矢量處理器
9.4.3互連網(wǎng)絡(luò)
9.4.4共享存儲器的多處理器
9.4.5分布式計算
9.5新的并行處理方法
9.5.1數(shù)據(jù)流計算
9.5.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
9.5.3脈動陣列
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練習題

第10章 性能度量和分析
10.1概述
10.2基本的計算機性能方程式
10.3數(shù)學預(yù)備知識
10.3.1平均數(shù)的意義
10.3.2統(tǒng)計學和語義學
10.4基準
10.4.1時鐘速率、M1PS和FLOPS
10.4.2綜合基準：Whetstone、
Linpack和Dhrystone
10.4.3標準性能評估公司基準
10.4.4事務(wù)性能委員會基準
10.4.5系統(tǒng)仿真
1O.5 CPU性能優(yōu)化
10.5.1分支優(yōu)化
10.5.2使用好的算法和簡單的代碼
10.6磁盤性能
10.6.1性能問題
lO.6.2物理性能
10.6.3邏輯性能
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練習題

第11章 網(wǎng)絡(luò)組織和體系結(jié)構(gòu)
11.1概述
11.2早期的商業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)
11.3早期的學術(shù)和科學網(wǎng)絡(luò)：因特網(wǎng)的起源和體系結(jié)構(gòu)
11.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議1：ISO／OsI協(xié)議
11.4.1一個比喻
11.4.2 OSI參考模型
11.5網(wǎng)絡(luò)協(xié)議2：TCP／IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
11.5.1IPv4網(wǎng)際協(xié)議層
11.5.2IPv4遇到的困難
11.5.3TCP
11.5.4TCP的工作原理
11.5.5IPv6
11.6網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)
11.6.1物理傳輸介質(zhì)
11.6.2網(wǎng)絡(luò)接口卡
11.6.3轉(zhuǎn)發(fā)器
11.6.4集線器
11.6.5交換機
11.6.6網(wǎng)橋和網(wǎng)關(guān)
11.6.7路由器和路由
11.7高容量數(shù)字鏈路
11.7.1數(shù)字分層體系
11.7.2ISDN
11.7.3異步傳輸模式
11.8因特網(wǎng)的概況
11.8.1走進因特網(wǎng)
11.8.2遨游因特網(wǎng)
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基本概念和術(shù)語復(fù)習
練習題

附錄A 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和計算機術(shù)語表
部分練習題答案和提示