計算機組成原理（簡體書）

《21世紀高等學校規劃教材．計算機科學與技術：計算機組成原理》系統地介紹了計算機各組成部件的工作原理、邏輯實現、設計方法，以及相互連接構成整機系統的相關問題。全書共分為8章：計算機系統概論，運算方法和運算器，內部存儲器，指令系統，中央處理器，總線系統，外圍設備，輸入輸出系統。
《21世紀高等學校規劃教材．計算機科學與技術：計算機組成原理》概念清晰、深入淺出、通俗易懂，同時又具有一定的理論高度，貼近當前的新技術和新思想，內容安排符合教學規律，具有廣泛的適應層面。書中例題由淺入深，具有實用性、典型性，並力求與當代計算機技術緊密結合。
《21世紀高等學校規劃教材．計算機科學與技術：計算機組成原理》可作為工科院校專科生、本科生計算機專業教材，也可作為其他科技人員的參考書。

《21世紀高等學校規劃教材?計算機科學與技術:計算機組成原理》可作為工科院校專科生、本科生計算機專業教材，也可作為其他科技人員的參考書。

第1章計算機系統概論
1．1計算機的分類
1．2計算機的發展
1．3計算機的組成
1．3．1馮．諾依曼計算機的特點
1．3．2計算機的硬件系統
1．3．3計算機的軟件系統
1．3．4非馮．諾依曼計算機
1．3．5計算機的性能指標
1．4計算機系統的層次結構
1．4．1多級組成的計算機系統
1．4．2軟件與硬件的邏輯等價性
本章小結
習題

第2章運算方法和運算器
2．1數據與文字的表示方式
2．1．1無符號數和有符號數
2．1．2數據格式
2．1．3數的機器碼表示
2．1．4十進制數串的表示方法
2．1．5字符與字符串的表示方法
2．1．6漢字的表示方法
2．1．7校驗碼
2．2定點運算
2．2．1定點加減運算
2．2．2定點乘法運算
2．2．3定點除法運算
2．3浮點數運算
2．3．1浮點加、減法運算
2．3．2浮點乘、除法運算
2．4運算器
2．4．1基本的二進制加減法器
2．4．2多功能算術邏輯運算單元
本章小結
習題

第3章內部存儲器
3．1存儲器概述
3．1．1存儲器的分類
3．1．2存儲器的分級
3．1．3存儲單元地址的分配
3．1．4主存儲器的技術指標
3．2隨機存取存儲器
3．2．1靜態RAM
3．2．2動態RAM
3．3只讀存儲器
3．4存儲器與CPU的連接
3．5並行存儲器
3．5．1雙端口存儲器
3．5．2多模塊交叉存儲器
3．6高速緩沖存儲器Cache
3．6．1Cache基本原理
3．6．2主存與Cache的地址映射
3．6．3替換策略
3．6．4Cache的寫操作策略
3．6．5Pentium4的Cache組織
本章小結
習題

第4章指令系統
4．1指令系統的發展與性能要求
4．1．1指令系統的發展
4．1．2對指令系統性能的要求
4．1．3低級語言與硬件結構的關係
4．2指令格式
4．2．1操作碼
4．2．2地址碼
4．2．3指令字長度
4．2．4指令助記符
4．2．5操作數類型
……
第5章中央處理器
第6章總線系統
第7章外圍設備
第8章輸入輸出系統

參考文獻

3.6.3 替換策略
Cache工作原理要求它盡量保存最新數據。當一個新的主存塊需要拷貝到Cache，而允許存放此塊的行位置都被其他主存塊占滿時，就要產生替換。
替換問題與Cache的組織方式緊密相關。對直接映射的Cache來說，因一個主存塊只有一個特定的行位置可存放，所以問題解決很簡單，只要把此特定位置上的原主存塊換出Cache即可。對全相連和組相連Cache來說，就要從允許存放新主存塊的若干特定行中選取一行換出。如何選取就涉及替換策略，又稱替換算法。硬件實現的常用算法主要有以下三種。
1.最不經常使用（LFU）算法
LFU算法認為應將一段時間內被訪問次數最少的那行數據換出。為此，每行設置一個計數器。新行建立后從0開始計數，每訪問一次，被訪行的計數器增1。當需要替換時，對這些特定行的計數值進行比較，將計數值最小的行換出，同時將這些特定行的計數器都清零。這種算法將計數周期限定在對這些特定行兩次替換之間的間隔時間，因而不能嚴格反映近期訪問情況。
2.近期最少使用（LRU）算法
LRU算法將近期內長久未被訪問過的行換出。為此，每行也設置一個計數器，但它們是Cache每命中一次，命中行計數器清零，其他各行計數器增1。當需要替換時，比較各特定行的計數值，將計數值最大的行換出。這種算法保護了剛拷貝到Cache中的新數據行，符合Cache工作原理，因而使Cache有較高的命中率。
對二路組相連的Cache來說，LRU算法的硬件實現可以簡化。因為一個主存塊只能在一個特定組的兩行中來做存放選擇，二選一完全不需要計數器，只需一個二進制位即可。例如規定一組中的A行拷貝進新數據可將此位置“1”，B行拷貝進新數據可將此位置“0”。當需要置換時，只需檢查此二進制位狀態即可：為0換出A行，為1換出B行，實現了保護新行的原則。奔騰CPU內的數據Cache是一個二路組相連結構，就采用這種簡捷的LRU替換算法。
3.隨機替換
隨機替換策略實際上是不要什么算法，從特定的行位置中隨機地選取一行換出即可。這種策略在硬件上容易實現，且速度也比前兩種策略快。缺點是隨意換出的數據很可能馬上又要使用，從而降低了命中率和Cache工作效率。但這個不足隨著Cache容量增大而減小。研究表明，隨機替換策略的功效只是稍遜于前兩種策略。
3.6.4 Cache的寫操作策略
由于Cache的內容只是主存部分內容的拷貝，應當與主存內容保持一致。