计算机组成原理(第3版) 微课视频版

"“十三五”江苏省高等学校重点教材，配套微课视频。 引入RISC-V开源指令集架构，系统阐述CPU微架构设计方法。 优化升级JUC-3教学模型计算机，易教易学，拒绝抽象。 配套实验资源，课堂教学与实验教学一脉相承。"

本书系统地介绍了计算机的基本组成、基本原理和基本分析方法。本书共9章，分别是计算机系统概述、信息表示、逻辑电路基础、运算方法与运算器、存储器、微程序控制计算机、精简指令集计算机、存储体系、输入输出系统，讲述计算机从部件到整机的组织结构和工作原理。
本书内容深入浅出，每章均附有习题，可作为高等院校计算机类各专业及相关专业本科生的教材，也可作为相关技术人员的参考书。

肖铁军，教授。主要研究方向为计算机系统结构。主讲《计算机组成原理》已有二十多年的经验，设计了JUC系列CPU教学模型机，组织开发了可视化计算机组成原理实验系统和远程FPGA实验平台。主编《计算机组成原理》由清华大学出版社2010年出版，《计算机组成原理（第二版）》2015年出版；主编《计算机组成原理实践教程》2015年清华大学出版社出版。

第1章计算机系统概述
1.1计算机的发展历程
1.2计算机硬件的基本组成
1.2.1存储器
1.2.2运算器
1.2.3控制器
1.2.4输入输出设备
1.2.5总线
1.3程序设计语言和计算机的层次结构
1.4计算机的主要性能指标
1.4.1机器字长
1.4.2运行速度
习题
第2章信息表示
2.1进位计数制及其相互转换
2.1.1进位计数制
2.1.2数制转换
2.2数值数据的表示
2.2.1定点数的表示
2.2.2浮点数的表示
2.2.3C语言中定点数和浮点数的表示
2.2.4十进制数的二进制编码
2.3非数值数据的表示
2.3.1逻辑类型数据表示
2.3.2字符编码
2.3.3汉字编码
2.3.4多媒体数据的表示
2.4可靠性编码
2.4.1格雷码
2.4.2奇偶校验码
2.4.3海明码
2.4.4循环冗余校验码
习题
第3章逻辑电路基础
3.1逻辑代数基础
3.1.1逻辑常量、逻辑变量
3.1.2逻辑代数的基本运算
3.1.3基本逻辑公式、定理和规则
3.1.4逻辑函数
3.1.5逻辑函数化简
3.2逻辑电路
3.2.1逻辑门电路
3.2.2门电路的实现
3.2.3集成电路
3.2.4可编程逻辑电路
3.2.5逻辑电路的设计模式
3.3计算机中常用的组合逻辑电路
3.3.1加法器
3.3.2译码器
3.3.3多路选择器
3.3.4三态门
3.4计算机中常用的时序逻辑电路
3.4.1基本R-S触发器和D触发器
3.4.2锁存器
3.4.3数据寄存器
3.4.4移位寄存器
3.4.5计数器
习题
第4章运算方法与运算器
4.1定点数加减法运算
4.1.1原码加减运算方法
4.1.2补码加减运算方法
4.1.3补码加减运算的逻辑实现
4.1.4运算结果的特征标志
4.1.5移码加减运算
4.2定点数移位运算
4.2.1逻辑移位
4.2.2算术移位
4.2.3循环移位
4.3定点乘法运算
4.3.1原码乘法运算
4.3.2补码乘法运算
4.3.3阵列乘法器
4.4定点除法运算
4.4.1原码除法运算
4.4.2补码除法运算
4.4.3阵列除法器
4.5浮点数的四则运算
4.5.1浮点加减运算
4.5.2浮点乘除运算
4.6运算器的组织
4.6.1算术逻辑单元设计实例
4.6.2数据通路的结构类型
4.6.3运算器数据通路
4.6.4浮点运算器的组成与结构
习题
第5章存储器
5.1存储器概述
5.1.1存储器的分类
5.1.2存储器的性能指标
5.2半导体随机存取存储器
5.2.1静态随机存取存储位元
5.2.2动态随机存取存储位元
5.2.3半导体随机存取存储芯片
5.2.4DRAM的发展
5.3非易失性半导体存储器
5.3.1掩模型只读存储器
5.3.2一次可编程只读存储器
5.3.3可擦除可编程只读存储器
5.3.4电可擦除可编程只读存储器
5.3.5Flash存储器
5.3.6铁电存储器
5.3.7磁性随机存储器
5.3.8相变存储器
5.4主存储器的组织
5.4.1CPU与主存储器的连接
5.4.2主存储器容量的扩充
5.4.3主存储器的编址方式
5.4.4哈佛结构
5.5多模块存储器
5.6辅助存储器
5.6.1磁记录原理及记录方式
5.6.2磁盘存储器
5.6.3磁带存储器
5.6.4光盘存储器
习题
第6章微程序控制计算机
6.1指令系统
6.1.1指令和指令系统
6.1.2指令的格式
6.1.3指令的类型
6.1.4寻址方式
6.1.5符号指令和汇编语言
6.1.6指令系统设计实例
6.2控制器概述
6.2.1控制器的基本组成
6.2.2控制器的工作过程
6.3CPU数据通路
6.3.1Intel 8080的数据通路
6.3.2VAX-11/780的数据通路
6.3.3JUC-3的数据通路
6.4指令执行流程
6.4.1取指令阶段
6.4.2取操作数阶段
6.4.3执行阶段
6.4.4指令执行的微操作序列举例
6.5微程序控制器
6.5.1微程序控制基本原理
6.5.2微指令编码方式
6.5.3后继微指令地址的形成
6.5.4微程序控制的时序
6.6微程序控制器设计实例
6.6.1微指令编码设计
6.6.2微转移方式
6.6.3取指令的微程序设计
6.6.4取操作数的微程序设计
6.6.5执行阶段的微程序
6.7JUC汇编语言程序设计
6.7.1符号指令与功能
6.7.2顺序结构程序设计
6.7.3分支程序设计
6.7.4循环程序设计
6.7.5堆栈及子程序
习题
第7章精简指令集计算机
7.1RISC概述
7.1.1RISC的产生及发展
7.1.2RISC的主要特点
7.1.3RISC与CISC的比较
7.2硬布线控制
7.2.1单周期数据通路的控制
7.2.2多周期数据通路的控制
7.2.3流水线数据通路的控制
7.3RISC-V开源指令集架构
7.3.1RISC-V指令集
7.3.2RISC-V的寻址方式
7.3.3RV32I指令举例
7.4RISC-V的单周期微架构设计
7.4.1数据通路设计
7.4.2控制器的设计方法
7.5RISC-V的流水线微架构设计
7.5.1流水线的基本原理
7.5.2RISC-V流水线设计
7.5.3RISC-V流水线数据通路
7.5.4RISC-V流水线控制
7.6流水线的性能
7.6.1流水线的性能指标
7.6.2指令流水线的相关与冲突
7.6.3流水线的指令调度
7.6.4超标量与超流水线
习题
第8章存储体系
8.1存储体系的层次结构
8.2高速缓冲存储器
8.2.1Cache的基本原理
8.2.2相联存储器
8.2.3全相联映像方式
8.2.4直接映像方式
8.2.5组相联映像方式
8.2.6Cache的读策略和替换算法
8.2.7Cache的写策略
8.2.8多级Cache
8.3虚拟存储器
8.3.1虚拟存储器的基本概念
8.3.2页式虚拟存储器
8.3.3段式虚拟存储器
8.3.4段页式虚拟存储器
8.3.5快速地址变换
8.4多级存储的性能指标
习题
第9章输入输出系统
9.1输入输出系统概述
9.1.1输入输出系统的组成
9.1.2输入输出设备
9.1.3输入输出接口
9.1.4输入输出接口与主机的信息传送控制方式
9.2程序查询方式
9.2.1程序查询传送工作流程
9.2.2查询输入接口
9.2.3查询输出接口
9.3程序中断方式
9.3.1中断概述
9.3.2中断请求的表示与控制
9.3.3中断响应
9.3.4中断服务和中断返回
9.3.5中断嵌套
9.3.6中断优先级的动态分配
9.4DMA方式
9.4.1DMA概述
9.4.2DMA控制器
9.4.3DMA传送方式
9.4.4DMA传送过程
9.5总线
9.5.1总线的特性和性能指标
9.5.2总线仲裁
9.5.3总线操作和定时
9.5.4典型总线标准
习题
附录ARISC-V指令系统
A.1RISC-V概述
A.2RISC-V指令系统的模块化结构
A.3RISC-V的指令长度编码
A.4基本整数指令集RV32I
A.4.1RV32I的寄存器模型
A.4.2RV32I的指令格式
A.4.3RV32I指令集详解
A.5标准扩展指令集
A.5.1乘法/除法扩展指令集RV32M
A.5.2压缩扩展指令集RV32C
A.6RISC-V汇编语言程序设计
A.6.1RISC-V的伪指令
A.6.2RISC-V寄存器使用约定
A.6.3RISC-V汇编语言程序设计实例
参考文献