現代電腦原理與工業應用

討論了圖靈機結構、馮諾依曼結構、數據存儲的局部性原理、CPU流水線結構、GPU並行計算、分佈式計算問題等；在新技術方面，討論了電腦集群結構、Hadoop分佈式計算平臺、ARM、PowerPC嵌入式系統結構、雲計算等內容；在實用技術方面，討論了國產化自主可控電腦硬件和國產化操作系統等應用。教材在力求保持學科廣度的同時，兼顧到學科深度，並對所涉及的主題給出具體的應用。

目錄

第一部分電腦組成原理

第1章電腦基本知識

1.1電腦類型與技術指標

1.1.1電腦基本類型

1.1.2電腦技術指標

1.1.3電腦基準測試

1.1.4系統設計的思考

1.2數字信息編碼

1.2.1二進制編碼特徵

1.2.2不同數制的轉換

1.2.3二進制整數編碼

1.2.4二進制小數編碼

1.2.5二進制補碼運算

1.3電腦理論模型

1.3.1電腦系統層次模型

1.3.2圖靈機的結構與原理

1.3.3馮·諾依曼電腦結構

1.3.4哈佛電腦結構

1.3.5新型電腦研究

習題1

第2章數據存儲原理

2.1數據存儲技術

2.1.1常用存儲器類型

2.1.2存儲器層次結構

2.1.3數據的尋址方法

2.1.4地址的轉換機制

2.2緩存結構與原理

2.2.1高速緩存工作原理

2.2.2高速緩存基本結構

2.2.3高速緩存替換策略

2.2.4緩存技術應用領域

2.3內存結構與原理

2.3.1內存數據存儲原理

2.3.2內存數據讀寫原理

2.3.3內存條電路結構

2.3.4內存條技術參數

2.4快閃內存結構與設計技術

2.4.1快閃內存數據存儲原理

2.4.2NOR快閃內存結構與性能

2.4.3NAND快閃內存結構與性能

2.4.4SSD結構與性能

2.4.5SD卡結構與性能

2.5硬盤結構與原理

2.5.1硬盤數據存儲原理

2.5.2硬盤基本物理結構

2.5.3硬盤數據讀寫原理

2.5.4硬盤常用接口類型

習題2

第3章數據傳輸原理

3.1信號完整性分析

3.1.1信號完整性概念

3.1.2傳輸線基本特徵

3.1.3信號的傳輸速度

3.1.4信號反射和串擾

3.2並行與串行傳輸

3.2.1傳輸基本概念

3.2.2數據並行傳輸

3.2.3數據串行傳輸

3.2.4差分傳輸技術

3.3數據傳輸控制

3.3.1電腦中斷控制

3.3.2DMA數據傳輸

3.4數據糾錯編碼

3.4.1差錯控制概念

3.4.2奇偶校驗編碼

3.4.3CRC編碼

3.4.4海明校驗編碼

3.4.5通道編碼技術

習題3

第4章CPU組成與設計技術

4.1電腦指令系統

4.1.1指令基本概念

4.1.2CISC指令系統

4.1.3RISC指令系統

4.2CPU組成

4.2.1CPU基本組成

4.2.2CPU製程工藝

4.2.3CPU技術參數

4.2.4CPU設計技術

4.3CPU流水線結構

4.3.1CPU結構

4.3.2取指單元

4.3.3解碼單元

4.3.4控制單元

4.3.5執行單元

4.3.6退出單元

4.4國內外主流CPU

4.4.1x86系列CPU

4.4.2ARM系列CPU

4.4.3PowerPC系列CPU

4.4.4國產化CPU

習題4

第5章GPU原理與應用開發

5.1GPU圖形顯示體系結構

5.1.1GPU發展過程

5.1.2GPU硬件結構

5.2基於GPU圖形顯示技術

5.2.1GPU加速渲染管線技術

5.2.2GPU圖形抗鋸齒技術

5.2.3GPU緩沖區管理

5.2.4VxWorks下圖形驅動的實現

5.2.5Linux下圖形驅動的實現

5.3GPU異構並行計算技術

5.3.1GPU計算體系結構

5.3.2GPU並行計算實現原理

5.3.3CUDA並行計算應用

5.3.4OpenCL異構並行計算應用

習題5

第6章台式電腦

6.1主板主要技術規格

6.1.1主板主要組成部件

6.1.2ATX主板技術規格

6.1.3miniITX主板規格

6.1.4主板部件與芯片組

6.2主板電路結構分析

6.2.1主板供電電路

6.2.2主板時鐘電路

6.2.3主板開機電路

6.2.4主板保護元件

6.2.5BIOS工作原理

6.2.6系統引導過程

6.3電腦總線與接口

6.3.1系統總線技術性能

6.3.2PCI總線技術性能

6.3.3PCIE總線技術性能

6.3.4USB總線技術性能

6.3.5常用接口技術性能

習題6

第7章服務器

7.1服務器基本類型

7.1.1機箱式服務器

7.1.2機架式服務器

7.1.3刀片式服務器

7.2服務器基本結構

7.2.1大型電腦結構

7.2.2PC服務器結構

7.2.3服務器主板規格SSI

7.2.4服務器常用技術

7.3服務器存儲技術

7.3.1磁盤接口技術SAS

7.3.2RAID

7.4服務器外設技術

7.4.1服務器管理接口IPMI

7.4.2KVM控制技術

7.4.3機櫃技術規格

習題7

第8章電腦集群

8.1電腦集群概述

8.1.1集群系統技術特徵

8.1.2集群系統典型結構

8.1.3集群系統硬件設備

8.1.4集群系統管理軟件介紹

8.2電腦集群系統結構

8.2.1高性能集群系統

8.2.2高可用集群系統

8.2.3負載均衡集群系統

8.2.4集群系統存儲網絡

8.3分佈式系統計算技術

8.3.1分佈式計算平臺Hadoop

8.3.2分佈式數據處理MapReduce

8.3.3網格分佈式計算BOINC

習題8

第二部分工業電腦應用

第9章工業電腦

9.1工業電腦概述

9.1.1工業電腦基本特徵

9.1.2工業電腦設計規範PICMG 1.3

9.1.3工業電腦夾層卡類型

9.1.4早期工業電腦PC104

9.2工業計算關鍵技術

9.2.1嵌入式處理器

9.2.2嵌入式操作系統

9.2.3工業控制網絡

9.3CPCI工業電腦

9.3.1CPCI技術特徵

9.3.2CPCI適配板

9.3.3CPCI背板

9.3.4CPCI連接器

9.3.5CPCIE總線

9.4VPX工業電腦

9.4.1VPX總線技術特徵

9.4.2VPX總線技術規範

9.4.3VPX總線交換結構

9.5ATCA工業電腦

9.5.1ATCA結構主要特性

9.5.2ATCA載板技術規範

9.5.3ATCA接口和連接器

9.5.4ATCA系統數據傳輸

9.5.5ATCA供電技術

9.5.6MicroTCA系統結構

習題9

第10章電腦在工業領域的應用

10.1工業計算基本特徵

10.1.1工業計算現狀和發展

10.1.2工業計算的技術特徵

10.2工業物聯網應用

10.2.1工業物聯網關鍵技術

10.2.2構建工業物聯網架構

10.2.3工業物聯網應用案例

10.3智能工廠案例

10.3.1智能工廠概述

10.3.2智能工廠的進化

10.3.3老舊設備的數據提取

10.3.4案例： 打造智能工廠

10.4工業雲技術

10.4.1公有雲與私有雲

10.4.2工業雲的技術困難

10.4.3工業雲的關鍵技術

10.4.4工業數據中心構建

習題10

第11章電腦在軍事領域的應用

11.1軍用電腦概述

11.1.1軍用電腦類型

11.1.2軍用電腦技術體系

11.1.3加固電腦簡介

11.1.4車載加固電腦介紹

11.1.5航空電腦類型

11.2軍用電腦設計技術

11.2.1電磁兼容性設計

11.2.2抗惡劣環境設計

11.2.3系統可靠性設計

11.2.4電腦容錯設計

11.3軍用電腦通信網絡

11.3.1MILSTD1553B總線

11.3.2ARINC429總線

11.3.3AFDX網絡

11.3.4FC網絡

11.3.5常用航空電腦網絡性能比較

11.4軍用電腦內部總線

11.4.1PCIE總線

11.4.2以太網網絡

11.4.3RapidIO高速總線介紹

11.4.4電腦內部總線性能比較

11.5設計及應用案例

11.5.1航空雷達信號處理設計案例

11.5.2國產龍芯電腦設計案例

11.5.3高性能車載服務器設計案例

11.5.4雲計算在艦艇信息系統中的應用

11.5.5雲計算在車載指揮信息系統的應用

習題11

參考文獻