計算機組成與結構(第5版)（簡體書）

《清華大學計算機系列教材：計算機組成與結構（第5版）》共分12章。第1章-第10章主要論述計算機的基本組成原理和結構，內容包括數制和碼制，基本邏輯部件，構成計算機系統的中央處理器（CPU）、存儲器系統以及輸入輸出（I/O）系統等。第11章討論了計算機系統和基於互聯網的應用。第12章介紹了計算機硬件技術的發展及其實施基礎。
《清華大學計算機系列教材：計算機組成與結構（第5版）》可作為理工科大學生學習“計算機組成與結構”課程或“計算機組成原理”課程的教材，也可供計算機研發和應用領域的工程技術人員參考。

《清華大學計算機系列教材:計算機組成與結構(第5版)》可作為理工科大學生學習“計算機組成與結構”課程或“計算機組成原理”課程的教材，也可供計算機研發和應用領域的工程技術人員參考。

第1章計算機系統概論
1．1計算機的誕生和發展
1．2計算機的硬件
1．3計算機的軟件
1．4計算機網絡基礎
習題

第2章計算機的邏輯部件
2．1計算機中常用的組合邏輯電路
2．1．1三態電路
2．1．2異或門及其應用
2．1．3加法器
2．1．4譯碼器
2．1．5數據選擇器
2．2時序邏輯電路
2．2．1觸發器
2．2．2寄存器和移位寄存器
2．2．3計數器
2．3陣列邏輯電路
2．3．1只讀存儲器（RoM）
2．3．2可編程序邏輯陣列（PLA）
2．3．3可編程序陣列邏輯（PAL）
2．3．4通用陣列邏輯（GAL）
2．3．5門陣列（GA）、宏單元陣列（MCA）和標準單元陣列（SCA）
2．3．6現場可編程序門陣列（FPGA）
習題

第3章運算方法和運算部件
3．1數據的表示方法和轉換
3．1．1數值型數據的表示和轉換
3．1．2十進制數的編碼與運算
3．2帶符號的二進制數據在計算機中的表示方法及加減法運算
3．2．1原碼、補碼、反碼及其加減法運算
3．2．2加減法運算的溢出處理
3．2．3定點數和浮點數
3．3二進制乘法運算
3．3．1定點數一位乘法
3．3．2定點數二位乘法
3．3．3陣列乘法器
3．4二進制除法運算
3．4．1定點除法運算
3．4．2提高除法運算速度的方法舉例
3．5浮點數的運算方法
3．5．1浮點數的加減法運算
3．5．2浮點數的乘除法運算
3．6運算部件
3．7數據校驗碼
3．7．1奇偶校驗碼
3．7．2海明校驗碼
3．7．3循環冗餘校驗（CRC）碼
習題

第4章主存儲器
4．1主存儲器分類、技術指標和基本操作
4．2讀／寫存儲器
4．3非易失性半導體存儲器
4．4存儲器的組成與控制
4．5多體交叉存儲器
習題

第5章指令系統
5．1指令系統的發展
5．2指令格式
5．2．1指令格式
5．2．2指令操作碼的擴展技術
5．2．3指令長度與數據字長的關係
5．3尋址方式
5．4指令類型
5．4．1指令的分類及功能
5．4．2雙字長運算（子程序舉例）
5．4．3指令系統的兼容性
5．5精簡指令系統計算機（RISC）和複雜指令系統計算機（CISC）
5．5．1CISC的特點
5．5．2RISC的產生與發展
5．5．3RISC的特點
5．6指令系統舉例
……
第6章中央處理器
第7章存儲系統
第8章輔助存儲器
第9章輸入輸出（I/O）設備
第10章輸入輸出（I/O）系統
第11章計算機系統和基於互聯網的應用
第12章計算機系統硬件技術的發展及其實施基礎

習題答案
參考文獻

（1）與μPC的位數相等。可以從控制存儲器的任一單元取微指令。
（2）比μPC短。考慮到轉移點在μPC附近，或者在控制存儲器的某區域內，所以由原來的>PC的若干位與BAF組合成轉移微地址。BAF的值稱為增量。
第一種情況，轉移靈活，但增加了微指令的長度；第二種情況，轉移地址受到限制，但可縮短微指令長度。
2.多路轉移方式
一條微指令存在多個轉移分支的情況稱為多路轉移。
在執行某條微指令時，可能會遇到在若干個微地址中選擇一個作為后繼微地址的情況，最明顯的例子是根據操作碼產生不同的后繼微地址。實現此功能的電路通常是由PROM（可編程序只讀存儲器）組成的，也有把它稱為MAPROM（映像只讀存儲器）的。該存儲器的特點是以指令的操作碼作為地址輸入，而相應的存儲單元內容即為該指令的第一條微指令的入口地址。該存儲器的容量等于或略大于機器的指令數，所以容量小，速度快。
另外，在計算機中，有時要根據某些硬件狀態來決定后繼微地址，屬于這些狀態的可以是根據運算結果所置的標志位（N、Z、V、C）、計數器狀態、數據通路狀態等。根據一種狀態（非0即1）來決定微地址可以有兩種情況，即兩路轉移；而根據兩種狀態來決定微地址可以有4種情況，即四路轉移。微程序設計實踐表明，實現兩路轉移的情況居多，其次是四路轉移，向更多路方向轉移的情況就比較少見。兩路轉移只涉及微地址的一位；四路轉移涉及微地址的兩位，一般就定在微地址的最后兩位，也就是說當執行轉移微指令時，根據條件可轉移到四個微地址中的一個，這4個微地址的高位部分相等，僅是最低兩位不同。實現多路轉移可減少微程序的長度，對于一般條件轉移微指令（相當于兩路轉移）來說，需要兩條微指令來完成上述四路轉移的功能。
3.微中斷
微中斷與程序中斷的概念相似，在微程序執行過程中，一旦出現微中斷請求信號，通常在完成現行指令的微程序后響應該微中斷請求，這時中止當前正在執行的程序，而轉去執行微中斷處理程序，微中斷請求信號是由程序中斷請求信號引起的。
設計人員在進行微程序設計時，已安排好微中斷處理程序在控制存儲器的位置，因此該微程序段的入口地址是已知的。當CPU響應微中斷請求時，由硬件產生微中斷程序的入口地址。當中斷處理完畢后，再返回到原來被中斷的程序。這也是產生后繼微地址的一種情況。
6.3.3微指令格式
微指令的格式大體上可分成兩類，一是水平型微指令；二是垂直型微指令。
微指令的編譯法是決定微指令格式的主要因素，在設計計算機時考慮到速度和價格等因素采用不同的編譯法，即使在一臺計算機中，也有幾種編譯法并存的局面存在。
1.水平型微指令
在6.2節中所介紹的例子即是采用直接控制法進行編碼的，屬于水平型微指令的典型例子，其基本特點是在一條微指令中定義并執行多個并行操作微命令。在實際應用中，直接控制法、字段編譯法（直接、間接編譯法）經常應用在同一條水平型微指令中。