本書(shū)闡述了計(jì)算機(jī)硬件體系的組成原理和實(shí)現(xiàn)。全書(shū)分10章，第1～3章介紹了計(jì)算機(jī)組成的基本概念及相關(guān)基礎(chǔ)；第4～9章介紹了計(jì)算機(jī)組成的各部件的原理及其實(shí)現(xiàn)；第10章介紹了計(jì)算機(jī)體系的一個(gè)重要發(fā)展方向，即并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。本書(shū)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，內(nèi)容精煉，重點(diǎn)突出，并配有習(xí)題、實(shí)踐項(xiàng)目和電子教案。
本書(shū)可作為理工科大學(xué)生“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的教科書(shū)，也可供從事計(jì)算機(jī)領(lǐng)域相關(guān)工作的工程技術(shù)人員參考。
出版說(shuō)明
前言
第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述
1.1 計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史
1.1.1 第一代計(jì)算機(jī)——電子管電子計(jì)算機(jī)
1.1.2 第二代計(jì)算機(jī)——晶體管電子計(jì)算機(jī)
1.1.3 第三代計(jì)算機(jī)——集成電路計(jì)算機(jī)
1.1.4 第四代計(jì)算機(jī)——超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)
1.1.5 第五代計(jì)算機(jī)——普適計(jì)算機(jī)
1.2 計(jì)算機(jī)的分類
1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
1.3.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)
1.3.2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)組威
1.4 計(jì)算機(jī)的基本組成
1.4.1 馮·諾伊曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn) 出版說(shuō)明
前言
第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述
1.1 計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史
1.1.1 第一代計(jì)算機(jī)——電子管電子計(jì)算機(jī)
1.1.2 第二代計(jì)算機(jī)——晶體管電子計(jì)算機(jī)
1.1.3 第三代計(jì)算機(jī)——集成電路計(jì)算機(jī)
1.1.4 第四代計(jì)算機(jī)——超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)
1.1.5 第五代計(jì)算機(jī)——普適計(jì)算機(jī)
1.2 計(jì)算機(jī)的分類
1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
1.3.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)
1.3.2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)組威
1.4 計(jì)算機(jī)的基本組成
1.4.1 馮·諾伊曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)
1.4.2 計(jì)算機(jī)的硬件框圖
1.5 計(jì)算機(jī)性能的評(píng)價(jià)
1.5.1 性能評(píng)價(jià)的時(shí)間因素
1.5.2 性能評(píng)價(jià)程序的選擇
1.6 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則
1.7 本書(shū)結(jié)構(gòu)
習(xí)題
第2章 運(yùn)算基礎(chǔ)
2.1 數(shù)制和數(shù)制轉(zhuǎn)換
2.1.1 數(shù)制
2.1.2 數(shù)制轉(zhuǎn)換
2.2 數(shù)據(jù)的編碼和表示
2.2.1 無(wú)符號(hào)數(shù)
2.2.2 有符號(hào)數(shù)
2.2.3 浮點(diǎn)數(shù)表示
2.2.4 二進(jìn)制信息編碼
2.3 定點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算
2.3.1 移位運(yùn)算
2.3.2 加減法運(yùn)算
2.3.3 乘法運(yùn)算
2.3.4 除法運(yùn)算
2.4 浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算
2.4.1 浮點(diǎn)數(shù)的加減法運(yùn)算
2.4.2 浮點(diǎn)數(shù)的乘除法運(yùn)算
2.4.3 保證位
2.5 檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼
2.5.1 檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的理論基礎(chǔ)
2.5.2 奇偶校驗(yàn)
2.5.3 CRC校驗(yàn)
2.5.4 漢明碼
本章小結(jié)
習(xí)題
第3章 數(shù)字電路和邏輯電路基礎(chǔ)
3.1 布爾代數(shù)
3.2 邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)
3.2.1 代數(shù)化簡(jiǎn)法
3.2.2 卡諾圖化簡(jiǎn)法
3.3 組合邏輯電路
3.3.1 加法器
3.3.2 譯碼器
3.3.3 算術(shù)邏輯單元
3.3.4 數(shù)據(jù)選擇器
3.4 時(shí)序邏輯電路
3.4.1 觸發(fā)器
3.4.2 寄存器和移位寄存器
3.4.3 計(jì)數(shù)器
3.5陣列邏輯電路
3.5.1 只讀存儲(chǔ)器
3.5.2 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器
3.5.3 可編程邏輯器件
3.6 VHDL硬件描述語(yǔ)言
3.6.1 VHDL語(yǔ)法
3.6.2 VHDL實(shí)例
3.6.3 VItDL工具介紹
本章小結(jié)
習(xí)題
第4章 系統(tǒng)總線
4.1 系統(tǒng)總線概述
4.1.1 總線的分類
4.1.2 總線的特性和性能指標(biāo)
4.2 總線的通信方式
4.2.1 同步通信方式
4.2.2 異步通信方式民
……
第5章 存儲(chǔ)器
第6章 輸入輸出系統(tǒng)
第7章 CPU的結(jié)構(gòu)與功能
第8章 指令系統(tǒng)
第9章 控制器
第10章 并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
附錄
參考文獻(xiàn)
第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述
1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史
電子計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展是20世紀(jì)最偉大的科技成果之一，在這以前，人們?cè)O(shè)計(jì)出了一些其他類型的計(jì)算工具。早在13世紀(jì)，我國(guó)就發(fā)明了算盤(pán)，如圖1—1所示，這是世界公認(rèn)的最早的計(jì)算工具。促進(jìn)計(jì)算工具研究發(fā)展的最初動(dòng)力是編制初等函數(shù)表（如正弦、余弦、對(duì)數(shù)等）。法國(guó)科學(xué)家帕斯卡（Blaise Pascal，1623--1662）于1642年制造出第一臺(tái)能工作的機(jī)械計(jì)算機(jī)，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言Pascal就是為紀(jì)念帕斯卡而以他的名字命名的。帕斯卡的父親從事稅務(wù)工作，他為了幫助父親完成大量的計(jì)算統(tǒng)計(jì)事務(wù)而設(shè)計(jì)出了帕斯卡機(jī)。帕斯卡機(jī)的外形是一個(gè)不大的黃銅盒子，采用齒輪嚙合結(jié)構(gòu)，用手工操作，可進(jìn)行加法和減法運(yùn)算。帕斯卡計(jì)算機(jī)在當(dāng)時(shí)具有重大的意義，它開(kāi)辟了自動(dòng)計(jì)算的道路。30年后，偉大的德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茲（G．Leibniz）制造了一臺(tái)還能做乘法和除法的機(jī)械計(jì)算機(jī)。在此后的150年里計(jì)算機(jī)沒(méi)有大的發(fā)展，直到劍橋大學(xué)的數(shù)學(xué)教授查爾斯·巴貝奇（Charles Babbage，1792--1871）設(shè)計(jì)和制造了差分機(jī)，如圖1—2所示。差分機(jī)只能運(yùn)行差分運(yùn)算，所謂“差分”，是把函數(shù)表的復(fù)雜算式轉(zhuǎn)化為差分運(yùn)算，用簡(jiǎn)單的加減法代替平方運(yùn)算。雖然差分機(jī)運(yùn)行得比較好，但是巴貝奇對(duì)這種只能運(yùn)行一種算法的機(jī)器“厭煩”了，所以他開(kāi)始制造差分機(jī)的替代品——分析機(jī)。在他的設(shè)計(jì)中，分析機(jī)已經(jīng)具有現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的雛形了。分析機(jī)由5個(gè)部分組成：存儲(chǔ)部分，計(jì)算部分，控制器部分，輸入部分和輸出部分。但是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的技術(shù)還不能提供他所需要的高精度齒輪，所以他最終也未能制造完成一臺(tái)計(jì)算機(jī)。但由于他對(duì)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)，人們尊稱他為“現(xiàn)代數(shù)字計(jì)算機(jī)之父”。1991年，為了紀(jì)念巴貝奇誕辰200周年，英國(guó)肯圣頓（Kensington）科學(xué)博物館根據(jù)他的設(shè)計(jì)圖紙重新制造了一臺(tái)差分機(jī)。復(fù)制過(guò)程中，復(fù)制者特地采用18世紀(jì)中期的技術(shù)設(shè)備來(lái)制作，不僅成功地造出了機(jī)器，而且可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
20世紀(jì)40年代，無(wú)線電技術(shù)和無(wú)線電工業(yè)的發(fā)展為電子計(jì)算機(jī)的研制提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。1943～1946年美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制的電子數(shù)字積分與計(jì)算機(jī)（ENIAC）是世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。ENIAC于1945年年底完成，l946年2月正式交付使用。60年來(lái)，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，根據(jù)電子計(jì)算機(jī)所采用的物理器件和計(jì)算模式，我們把電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展分為5個(gè)階段，相鄰兩個(gè)階段之間存在時(shí)間重疊。
……
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