- 电子工业出版社
- 9787121518102
- 1-1
- 16开
- 2026-01
- 512
- 工学
- 计算机类
- 计算机科学与技术
- 本科 研究生及以上
内容简介
本书理论与实践并重。本书在介绍理论时，力求简明扼要，注重实例；内容与时俱进，在人工智能广泛应用的背景下，增加了GPU等并行计算的元素；关注行业生态，融入了国产计算机和国产芯片指令集等内容。本书每个重点章节都有相应的实验，有详细的操作步骤并配有截图，为的是方便读者自学实验，动手操作，加深对计算机运行的理解。本书可作为高等院校计算机类专业相关课程的教材，也可作为非计算机类专业相关课程的教材或参考书，还可作为计算机硬件工程师、计算机爱好者的参考书或指导书。
目录
第1章 计算机系统的基本概念 1
1.1 引言 1
1.1.1 计算机的发展史 2
1.1.2 计算机系统的组成和特点 4
1.2 计算机的应用分类 7
1.2.1 摩尔定律与计算机行业应用 7
1.2.2 实体计算机分类 8
1.2.3 计算机的典型应用场景 10
1.3 计算机的性能指标 12
1.3.1 与空间相关的指标 13
1.3.2 与时间相关的指标 14
习题1 15
第2章 计算机系统的工作原理 17
2.1 从高级语言到机器语言 17
2.1.1 计算机系统的层次结构 18
2.1.2 程序如何在计算机中运行 19
2.2 冯·诺依曼体系结构与现代计算机组成 20
2.2.1 冯·诺依曼体系结构的基本组成和特点 20
2.2.2 哈佛体系结构 24
2.3 计算机的工作过程 25
2.3.1 一间特别的工厂 25
2.3.2 计算机“工厂” 27
2.3.3 典型指令的执行过程 30
习题2 31
第3章 数制及逻辑设计基础 34
3.1 数字系统 34
3.1.1 按位计数系统 34
3.1.2 二进制系统 35
3.1.3 二进制数和十进制数之间的转换 36
3.1.4 十六进制表示法 38
3.2 逻辑设计基础 40
3.2.1 基本门电路 40
3.2.2 逻辑代数 42
3.2.3 触发器 50
3.2.4 集成电路 57
3.3 课堂实践一：DS-VLAB简介 65
3.3.1 初次使用 66
3.3.2 绘制第一个电路 68
3.3.3 电路图设置 70
3.3.4 电路图的保存与加载 72
习题3 72
第4章 总线与I/O设备 74
4.1 总线的基本概念 74
4.1.1 总线的分类 75
4.1.2 总线的特性 77
4.1.3 总线的性能指标 78
4.2 总线结构和总线标准 79
4.2.1 总线结构 79
4.2.2 总线标准 82
4.3 课堂实践二：总线时序仿真 86
4.3.1 实验目的 86
4.3.2 实验要求 86
4.3.3 实验原理 87
4.3.4 实验内容与步骤 89
4.3.5 实验思考 90
4.4 I/O设备 90
4.4.1 I/O设备的发展简况 90
4.4.2 常见的I/O设备 92
4.5 I/O接口与控制方式 94
4.5.1 I/O接口 94
4.5.2 程序查询方式 95
4.5.3 中断方式 98
4.5.4 DMA方式 102
4.5.5 通道方式 104
习题4 106
第5章 存储器 108
5.1 存储系统 108
5.1.1 常见的存储器及其分类 108
5.1.2 存储器的性能指标 111
5.1.3 存储系统的层次结构 112
5.1.4 存储系统的层次结构实战案例——华为新一代高端混合闪存 114
5.2 主存储器 115
5.2.1 主存的基本结构 115
5.2.2 主存中数据的存储 116
5.2.3 CPU与主存的连接 120
5.2.4 存储器的扩展 122
5.2.5 并行主存系统 126
5.3 辅助存储器 129
5.3.1 常见的辅存及其分类 130
5.3.2 辅存的发展 137
5.4 高速缓冲存储器 145
5.4.1 程序访问的局部性 146
5.4.2 Cache的基本概念 148
5.4.3 地址映射 149
5.4.4 替换算法 154
5.4.5 写入策略 155
5.5 课堂实践三：存储器仿真 156
5.5.1 实验目的 156
5.5.2 实验要求 157
5.5.3 实验原理 157
5.5.4 实验内容与步骤 159
5.5.5 实验思考 162
习题5 162
第6章 中央处理器 167
6.1 计算机的运算 167
6.1.1 无符号数和有符号数 167
6.1.2 数的定点表示和浮点表示 171
6.1.3 定点运算 173
6.1.4 算术逻辑单元 179
6.2 课堂实践四：运算器仿真 183
6.2.1 实验目的 183
6.2.2 实验要求 184
6.2.3 实验原理 184
6.2.4 实验内容与步骤 188
6.2.5 实验思考 191
6.3 CPU的组成 192
6.3.1 CPU的结构框图 192
6.3.2 CPU的寄存器 193
6.3.3 CPU的主要性能指标 194
6.3.4 国产CPU 195
6.4 课堂实践五：累加器仿真 196
6.4.1 实验目的 196
6.4.2 实验要求 196
6.4.3 实验原理 197
6.4.4 实验内容与步骤 199
6.4.5 实验思考 201
6.5 指令系统 201
6.5.1 指令格式 201
6.5.2 寻址方式 203
6.5.3 中断处理机制 207
6.5.4 国内外指令系统发展 211
6.6 课堂实践六：程序计数器仿真 212
6.6.1 实验目的 212
6.6.2 实验要求 213
6.6.3 实验原理 213
6.6.4 实验内容与步骤 215
6.6.5 实验思考 218
6.7 流水线技术 218
6.7.1 指令流水线的工作原理 218
6.7.2 指令流水线的相关性问题 220
6.7.3 指令流水线的主要性能指标 224
6.8 课堂实践七：指令控制流仿真 226
6.8.1 实验目的 226
6.8.2 实验要求 226
6.8.3 实验原理 226
6.8.4 实验内容与步骤 228
6.7.5 实验思考 231
6.9 并行处理系统 231
6.9.1 并行处理系统概述 231
6.9.2 GPU架构 235
习题6 237
第7章 控制单元 242
7.1 指令周期 242
7.1.1 指令周期的概念 242
7.1.2 指令周期的数据流 244
7.2 控制单元的功能 247
7.2.1 控制器的组成 247
7.2.2 控制单元的外特性 248
7.2.3 控制器的硬件实现 249
7.2.4 时序控制与微命令 250
7.3 微程序控制器 253
7.3.1 微程序设计思想 253
7.3.2 微程序控制单元 255
7.3.3 微指令的设计 259
7.3.4 微程序的设计 262
7.4 课堂实践八：微程序控制器仿真 265
7.4.1 实验目的 265
7.4.2 实验要求 265
7.4.3 实验原理 265
7.4.4 实验内容与步骤 268
7.4.5 实验思考 269
习题7 269
第8章 简单模型机设计 272
8.1 简单模型机概述 272
8.1.1 实验目的 272
8.2.2 实验任务 273
8.2 实验原理与简单模型机总体设计 273
8.2.1 总体设计 273
8.2.2 指令系统设计 276
8.2.3 微指令与微程序设计 278_
1.1 引言 1
1.1.1 计算机的发展史 2
1.1.2 计算机系统的组成和特点 4
1.2 计算机的应用分类 7
1.2.1 摩尔定律与计算机行业应用 7
1.2.2 实体计算机分类 8
1.2.3 计算机的典型应用场景 10
1.3 计算机的性能指标 12
1.3.1 与空间相关的指标 13
1.3.2 与时间相关的指标 14
习题1 15
第2章 计算机系统的工作原理 17
2.1 从高级语言到机器语言 17
2.1.1 计算机系统的层次结构 18
2.1.2 程序如何在计算机中运行 19
2.2 冯·诺依曼体系结构与现代计算机组成 20
2.2.1 冯·诺依曼体系结构的基本组成和特点 20
2.2.2 哈佛体系结构 24
2.3 计算机的工作过程 25
2.3.1 一间特别的工厂 25
2.3.2 计算机“工厂” 27
2.3.3 典型指令的执行过程 30
习题2 31
第3章 数制及逻辑设计基础 34
3.1 数字系统 34
3.1.1 按位计数系统 34
3.1.2 二进制系统 35
3.1.3 二进制数和十进制数之间的转换 36
3.1.4 十六进制表示法 38
3.2 逻辑设计基础 40
3.2.1 基本门电路 40
3.2.2 逻辑代数 42
3.2.3 触发器 50
3.2.4 集成电路 57
3.3 课堂实践一：DS-VLAB简介 65
3.3.1 初次使用 66
3.3.2 绘制第一个电路 68
3.3.3 电路图设置 70
3.3.4 电路图的保存与加载 72
习题3 72
第4章 总线与I/O设备 74
4.1 总线的基本概念 74
4.1.1 总线的分类 75
4.1.2 总线的特性 77
4.1.3 总线的性能指标 78
4.2 总线结构和总线标准 79
4.2.1 总线结构 79
4.2.2 总线标准 82
4.3 课堂实践二：总线时序仿真 86
4.3.1 实验目的 86
4.3.2 实验要求 86
4.3.3 实验原理 87
4.3.4 实验内容与步骤 89
4.3.5 实验思考 90
4.4 I/O设备 90
4.4.1 I/O设备的发展简况 90
4.4.2 常见的I/O设备 92
4.5 I/O接口与控制方式 94
4.5.1 I/O接口 94
4.5.2 程序查询方式 95
4.5.3 中断方式 98
4.5.4 DMA方式 102
4.5.5 通道方式 104
习题4 106
第5章 存储器 108
5.1 存储系统 108
5.1.1 常见的存储器及其分类 108
5.1.2 存储器的性能指标 111
5.1.3 存储系统的层次结构 112
5.1.4 存储系统的层次结构实战案例——华为新一代高端混合闪存 114
5.2 主存储器 115
5.2.1 主存的基本结构 115
5.2.2 主存中数据的存储 116
5.2.3 CPU与主存的连接 120
5.2.4 存储器的扩展 122
5.2.5 并行主存系统 126
5.3 辅助存储器 129
5.3.1 常见的辅存及其分类 130
5.3.2 辅存的发展 137
5.4 高速缓冲存储器 145
5.4.1 程序访问的局部性 146
5.4.2 Cache的基本概念 148
5.4.3 地址映射 149
5.4.4 替换算法 154
5.4.5 写入策略 155
5.5 课堂实践三：存储器仿真 156
5.5.1 实验目的 156
5.5.2 实验要求 157
5.5.3 实验原理 157
5.5.4 实验内容与步骤 159
5.5.5 实验思考 162
习题5 162
第6章 中央处理器 167
6.1 计算机的运算 167
6.1.1 无符号数和有符号数 167
6.1.2 数的定点表示和浮点表示 171
6.1.3 定点运算 173
6.1.4 算术逻辑单元 179
6.2 课堂实践四：运算器仿真 183
6.2.1 实验目的 183
6.2.2 实验要求 184
6.2.3 实验原理 184
6.2.4 实验内容与步骤 188
6.2.5 实验思考 191
6.3 CPU的组成 192
6.3.1 CPU的结构框图 192
6.3.2 CPU的寄存器 193
6.3.3 CPU的主要性能指标 194
6.3.4 国产CPU 195
6.4 课堂实践五：累加器仿真 196
6.4.1 实验目的 196
6.4.2 实验要求 196
6.4.3 实验原理 197
6.4.4 实验内容与步骤 199
6.4.5 实验思考 201
6.5 指令系统 201
6.5.1 指令格式 201
6.5.2 寻址方式 203
6.5.3 中断处理机制 207
6.5.4 国内外指令系统发展 211
6.6 课堂实践六：程序计数器仿真 212
6.6.1 实验目的 212
6.6.2 实验要求 213
6.6.3 实验原理 213
6.6.4 实验内容与步骤 215
6.6.5 实验思考 218
6.7 流水线技术 218
6.7.1 指令流水线的工作原理 218
6.7.2 指令流水线的相关性问题 220
6.7.3 指令流水线的主要性能指标 224
6.8 课堂实践七：指令控制流仿真 226
6.8.1 实验目的 226
6.8.2 实验要求 226
6.8.3 实验原理 226
6.8.4 实验内容与步骤 228
6.7.5 实验思考 231
6.9 并行处理系统 231
6.9.1 并行处理系统概述 231
6.9.2 GPU架构 235
习题6 237
第7章 控制单元 242
7.1 指令周期 242
7.1.1 指令周期的概念 242
7.1.2 指令周期的数据流 244
7.2 控制单元的功能 247
7.2.1 控制器的组成 247
7.2.2 控制单元的外特性 248
7.2.3 控制器的硬件实现 249
7.2.4 时序控制与微命令 250
7.3 微程序控制器 253
7.3.1 微程序设计思想 253
7.3.2 微程序控制单元 255
7.3.3 微指令的设计 259
7.3.4 微程序的设计 262
7.4 课堂实践八：微程序控制器仿真 265
7.4.1 实验目的 265
7.4.2 实验要求 265
7.4.3 实验原理 265
7.4.4 实验内容与步骤 268
7.4.5 实验思考 269
习题7 269
第8章 简单模型机设计 272
8.1 简单模型机概述 272
8.1.1 实验目的 272
8.2.2 实验任务 273
8.2 实验原理与简单模型机总体设计 273
8.2.1 总体设计 273
8.2.2 指令系统设计 276
8.2.3 微指令与微程序设计 278_
