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第一部分 起始篇4

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53

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79

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 1SA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计算绝对值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＋1142

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ARM152

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RISC190

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MIPS 16213

4.6.1 Thumb指令集体系结构214

4.6.2 MIPS 16219

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ClSC243

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272

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流水线简介295

6.3.1加速比298

6.3.2实现流水线299

6.3.3冒险305

6.4分支和分支开销312

6.4.1分支方向313

6.4.2流水线中分支的影响314

6.4.3分支开销315

6.4.4延迟分支317

6.5分支预测320

6.6动态分支预测322

6.6.1分支目标缓冲325

6.6.2两级分支预测328

本章小结332

习题332

参考文献340