计算机组成原理 (艾伦·克莱门茨 (Alan Clements))

本书共三部分。第  一  部分介绍了计算机体系结构的基本内容；第二部分介绍指令集体系结构，这是本书的核心，包括指令集的概念、计算机体系结构的一些重要问题，ARM系列微处理器，处理器适应视频编辑和现代多媒体应用的方法；第三部分介绍计算机是如何工作的，以及它在内部是如何组织的。

目　　录

Computer  Organization  and  Architecture:  Themes  and  Variations

出版者的话

译者序

前言

本书导读

作者简介

部分　起始篇

第1章　计算机系统体系结构  4

1.1　什么是计算机系统体系结构  7

1.2　体系结构和组成  11

1.2.1　计算机系统和技术  14

1.2.2　计算机体系结构在计算机科学中的地位  14

1.3　计算机的发展  16

1.3.1　机械计算机  17

1.3.2　机电式计算机  19

1.3.3　早期的电子计算机  19

1.3.4　微机和PC革命  20

1.3.5　摩尔定律和进步的历程  21

1.3.6　存储技术发展  22

1.3.7　普适计算  23

1.3.8　多媒体计算机  23

1.4　存储程序计算机  24

1.4.1　问题描述  24

1.4.2　解决方法  24

1.4.3　构造一个算法  26

1.4.4　计算机需要通过什么来解决问题  27

1.4.5　存储器  29

1.5　存储程序的概念  31

1.6　计算机系统概览  35

1.6.1　存储层次  35

1.6.2　总线  37

1.7　现代计算  39

本章小结  39

习题  40

第2章　计算机算术  42

2.1　数据是什么  43

2.1.1　位与字节  43

2.1.2　位模式  44

2.2　数字  48

2.2.1　位置记数法  48

2.3　二进制运算  49

2.4　有符号整数  52

2.4.1　符号及值表示法  52

2.4.2　二进制补码运算  53

2.5　乘除法简介  55

2.5.1　移位运算  55

2.5.2　无符号二进制乘法  56

2.5.3　快速乘法  57

2.5.4　除法  59

2.6　浮点数  63

2.6.1　IEEE浮点数  64

2.7　浮点运算  68

2.8　浮点运算和程序员  70

2.8.1　浮点运算中的误差传播  71

2.8.2　生成数学函数  72

本章小结  74

习题  74

第二部分　指令集体系结构

第3章　体系结构与组成  79

3.1　存储程序计算机  79

3.1.1　扩展处理器：常量处理  84

3.1.2　扩展处理器：流控制  85

3.2　ISA的组成  93

3.2.1　寄存器  94

3.2.2　寻址方式概述  96

3.2.3　指令格式  98

3.2.4　操作码与指令  99

3.3　ARM指令集体系结构  101

3.3.1　ARM寄存器集  103

3.3.2　ARM指令集  103

3.4　ARM汇编语言  104

3.4.1　ARM程序结构  105

3.4.2　汇编器的实际考虑因素  107

3.4.3　伪指令  110

3.5　ARM数据处理指令  112

3.5.1　算术指令  113

3.5.2　位操作  116

3.5.3　移位操作  117

3.5.4　指令编码——洞察ARM体系结构  121

3.6　ARM的流控制指令  121

3.6.1　无条件分支  122

3.6.2　条件分支  122

3.6.3　测试与比较指令  123

3.6.4　分支与循环结构  124

3.6.5　条件执行  124

3.7　ARM寻址方式  126

3.7.1　立即数寻址  127

3.7.2　寄存器间接寻址  129

3.7.3　带偏移量的寄存器间接寻址  131

3.7.4　ARM的自动前索引寻址方式  134

3.7.5　ARM的自动后索引寻址方式  136

3.7.6　程序计数器相对寻址  136

3.7.7　ARM的load与store指令编码  136

3.8　子程序调用与返回  138

3.8.1　ARM对子程序的支持  139

3.8.2　条件子程序调用  141

3.9　ARM代码实例  141

3.9.1　计算值  141

3.9.2　字节操作与拼接  141

3.9.3　字节逆转  142

3.9.4　乘以2n-1或2n+1  142

3.9.5　多条件的使用  143

3.9.6　只用一条指令  143

3.9.7　实现多段程序  143

3.9.8　简单位级逻辑操作  144

3.9.9　十六进制字符转换  144

3.9.10　输出十六进制字符  144

3.9.11　打印横幅  145

3.10　子程序与栈  145

3.10.1　子程序调用与返回  147

3.10.2　子程序嵌套  148

3.10.3　叶子程序  150

3.11　数据的大小与排列  150

3.11.1　数据组织与端格式  150

3.11.2　数据组织和ARM  152

3.11.3　块移动指令  156

3.12　整合——将所有内容放在一起  160

本章小结  163

习题  163

第4章　指令集体系结构——广度和深度  168

4.1　数据存储和栈  170

4.1.1　存储和栈  172

4.1.2　通过栈传递参数  179

4.2　特权模式和异常  187

4.3　MIPS：另一种RISC  190

4.3.1　MIPS数据处理指令  193

4.4　数据处理与数据传送  195

4.4.1　不可见的交换指令  198

4.4.2　双精度移位  199

4.4.3　压缩和解压缩指令  200

4.4.4　边界测试  201

4.4.5　位字段数据  202

4.4.6　循环  206

4.5　存储器间接寻址  207

4.6　压缩代码、RISC、Thumb和MIPS16  213

4.6.1　Thumb指令集体系结构  214

4.6.2　MIPS16  219

4.7　变长指令  220

本章小结  224

习题  224

第5章　计算机体系结构与多媒体  229

5.1　高性能计算应用  230

5.1.1　图像处理  233

5.2　多媒体的影响——重新使用CISC  243

5.3　SIMD处理简介  246

5.3.1　SIMD技术的应用  254

5.4　流扩展和SIMD技术的发展  259

5.4.1　浮点软件扩展  261

5.4.2　Intel的第三层多媒体扩展  263

5.4.3　Intel  SSE3和SSE4指令  264

5.4.4　ARM系列处理器的多媒体

指令  265

本章小结  267

习题  267

第三部分　组成和效能

第6章　处理器控制  272

6.1　通用数字处理器  274

6.1.1　微程序  277

6.1.2　生成微操作  282

6.2　RISC的组成  286

6.2.1　寄存器–寄存器数据通路  289

6.2.2　单周期直通计算机的控制  292

6.3