目录
第1章计算机组成与交互计算概论/1
1.1计算机组成的基本概念和原理1
1.1.1计算机的硬件系统1
1.1.2计算机的软件系统7
1.1.3计算机的主要性能指标9
1.1.4计算机的工作原理12
1.2交互计算的基本概念和特点13
1.2.1交互计算的概念13
1.2.2并行计算的发展14
1.2.3交互计算典型应用领域15
1.2.4人机交互与智能计算16
1.2.5智能计算系统21
1.3计算机组成与人工智能24
1.4本章小结26
1.4.1内容总结26
1.4.2常见问题27
1.4.3思考题27
第2章计算系统的发展历程/29
2.1计算机的发展历程和特点29
2.1.1计算机的发展历史29
2.1.2发展阶段的主要特征33
2.1.3计算机的发展趋势33
2.2计算机处理器的发展与演变35
2.2.1处理器的发展历史35
2.2.2处理器发展趋势分析37
2.2.3多核处理器的演变38
2.2.4新兴技术对CPU发展的影响40
2.3计算机的未来发展和创新44
2.3.1高性能处理器的演进与智能计算需求442.3.2存储器系统的优化与智能计算任务56
2.3.3I/O设备的改进与智能交互需求56
2.4本章小结60
2.4.1内容总结60
2.4.2常见问题61
2.4.3思考题61
第3章数据的表示/62
3.1数据表示的作用62
3.2无符号数和有符号数62
3.2.1无符号数62
3.2.2有符号数63
3.3数的定点表示和浮点表示67
3.3.1定点表示67
3.3.2浮点表示69
3.4计算机中的数据类型73
3.4.1汇编语言中的数据类型73
3.4.2高级语言中的数据类型74
3.4.3非数值数据表示76
3.4.4数据信息的校验78
3.5本章小结86
3.5.1内容总结86
3.5.2常见问题86
3.5.3思考题87
第4章计算机的“四则运算”/88
4.1定点运算88
4.1.1移位运算88
4.1.2加减法运算90
4.1.3乘法运算92
4.1.4除法运算99
4.2浮点四则运算103
4.2.1浮点加减运算103
4.2.2浮点乘除运算105
4.3算术逻辑单元106
4.3.1ALU电路106
4.3.2快速进位链107
4.4本章小结111
4.4.1内容总结111
4.4.2常见问题112
4.4.3思考题112
第5章数据的读写——存储系统/113
5.1存储器的分类和层次结构113
5.1.1存储器的分类114
5.1.2存储器层次结构116
5.2主存储器119
5.2.1主存储器概述119
5.2.2半导体存储芯片概述121
5.2.3随机存取存储器123
5.2.4只读存储器132
5.2.5存储器与CPU的连接134
5.2.6存储器的校验136
5.2.7提高访存速度的措施137
5.3高速缓冲存储器（Cache）141
5.3.1概述141
5.3.2Cache—主存的地址映射145
5.3.3替换算法151
5.4辅助存储器154
5.4.1概述154
5.4.2磁记录原理和记录方式155
5.5本章小结157
5.5.1内容总结158
5.5.2常见问题159
5.5.3思考题159
第6章指令系统与智能交互/160
6.1机器指令160
6.1.1指令系统概述160
6.1.2指令的一般格式161
6.1.3指令字长164
6.2操作数类型和操作类型164
6.2.1操作数类型164
6.2.2数据在存储器中的存放方式165
6.2.3指令分类方法166
6.2.4操作类型167
6.3寻址方式170
6.3.1指令寻址170
6.3.2数据寻址170
6.4指令格式举例176
6.4.1设计指令格式时应考虑的各种因素176
6.4.2指令格式举例177
6.5RISC技术179
6.5.1RISC的产生和发展179
6.5.2RISC的主要特征179
6.5.3CISC的主要特征180
6.5.4RISC和CISC的比较180
6.6MIPS技术181
6.6.1MIPS指令概述181
6.6.2MIPS体系结构中的寄存器182
6.6.3MIPS指令格式182
6.6.4MIPS指令寻址方式183
6.7交互计算系统183
6.7.1计算: AI算力载体与核心183
6.7.2网络: 核心器件突破算力瓶颈185
6.7.3存储: 半导体产业独立自主构建生态壁垒189
6.8本章小结191
6.8.1内容总结191
6.8.2常见问题192
6.8.3思考题192
第7章交互计算的核心——处理器/194
7.1CPU的基础组成和工作原理194
7.1.1CPU的结构194
7.1.2CPU中的主要寄存器195
7.1.3操作控制器与时序产生器197
7.2指令周期197
7.2.1指令周期的基本概念197
7.2.2指令周期的数据流199
7.3指令流水200
7.3.1指令流水原理201
7.3.2影响流水线性能的因素203
7.3.3流水线性能207
7.3.4流水线中的多发技术208
7.3.5流水线结构210
7.4中断系统211
7.4.1概述211
7.4.2中断请求标记和中断判优逻辑212
7.4.3中断服务程序入口地址的寻找213
7.4.4中断响应214
7.4.5保护现场和恢复现场215
7.4.6中断屏蔽技术216
7.5本章小结220
7.5.1内容总结220
7.5.2常见问题221
7.5.3思考题221
第8章交互计算的链接——总线系统/222
8.1总线的概念和结构222
8.1.1总线基本概念222
8.1.2总线分类223
8.1.3总线的特性及性能指标224
8.1.4总线结构225
8.2总线标准与技术229
8.2.1总线标准229
8.2.2新一代总线技术231
8.3总线控制233
8.3.1判优控制233
8.3.2通信控制234
8.4本章小结236
8.4.1内容总结236
8.4.2常见问题237
8.4.3思考题238
第9章I/O系统和交互接口/239
9.1I/O系统的概念与组成239
9.1.1I/O系统基本概念239
9.1.2I/O系统基本组成240
9.2I/O设备基本组成240
9.2.1输入设备与其工作原理240
9.2.2输入方式242
9.2.3输出设备与其工作原理244
9.2.4输出方式248
9.3I/O设备与主机信息传送的控制方式249
9.3.1程序查询方式249
9.3.2程序中断方式252
9.3.3DMA方式256
9.4I/O设备与主机的联系方式259
9.4.1I/O设备编址方式260
9.4.2设备寻址261
9.4.3传送方式261
9.4.4联络方式261
9.5I/O接口262
9.5.1I/O接口基本组成和主要功能262
9.5.2I/O接口类型263
9.6人机交互接口267
9.6.1基础人机交互接口267
9.6.2新一代人机交互接口269
9.7本章小结270
9.7.1内容总结270
9.7.2常见问题271
9.7.3思考题271
第10章交互计算的决策——控制单元/272
10.1微操作命令的分析272
10.1.1取指周期272
10.1.2间址周期273
10.1.3执行周期273
10.1.4中断周期275
10.2控制单元的功能275
10.2.1控制单元的外特性275
10.2.2控制信号举例276
10.2.3多级时序系统279
10.2.4控制方式281
10.2.5多级时序系统实例分析283
10.3控制单元的设计286
10.3.1组合逻辑设计286
10.3.2微操作的节拍安排287
10.3.3组合逻辑设计的步骤287
10.4微程序设计288
10.4.1硬布线控制器与微程序控制器288
10.4.2微程序控制单元框图及工作原理289
10.4.3微指令的编码方式、序列地址的形成及格式291
10.4.4静态微程序设计、动态微程序设计和毫微程序设计295
10.4.5串并行微程序控制和微程序设计举例296
10.5本章小结297
10.5.1内容总结297
10.5.2常见问题298
10.5.3思考题298
第11章智能芯片和AI大模型/300
11.1算力芯片的架构300
11.1.1通用架构301
11.1.2高性能计算架构304
11.1.3AI专用架构312
11.2AI大模型319
11.2.1AI开发框架与开发平台319
11.2.2AI大模型的应用领域331
11.2.3DeepSeek开源大模型引领技术突破334
11.2.4AI大模型的挑战与未来发展335
11.3鲲鹏系列处理器337
11.3.1架构和特点337
11.3.2鲲鹏系列芯片338
11.3.3鲲鹏在人工智能领域的应用339
11.4本章小结340
11.4.1内容总结340
11.4.2常见问题341
11.4.3思考题341
第12章新一代智能交互计算系统/342
12.1无人驾驶和智能交通系统342
12.1.1无人驾驶系统342
12.1.2AI大模型赋能智能交通系统352
12.2智能服务机器人355
12.2.1服务机器人的类别356
12.2.2通用人形机器人358
12.2.3未来人形机器人的重要市场363
12.3具身智能364
12.3.1具身机器人的控制单元366
12.3.2具身机器人的算力和存储366
12.3.3具身机器人的大模型370
12.3.4具身机器人的未来展望375
12.4本章小结379
12.4.1内容总结380
12.4.2常见问题380
12.4.3思考题381
