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第1章　计算机系统概论1

1.1　计算机的发展与应用1

1.1.1 计算机的产生1

1.1.2　计算机的发展2

1.1.3　微型计算机的产生与发展2

1.1.4　计算机的应用3

1.1.5 计算机的未来展望4

1.2　计算机的基本组成5

1.2.1 计算机软、硬件的概念5

1.2.2　计算机硬件的基本组成5

1.2.3　指令与软件7

1.2.4 计算机的工作过程7

1.3　计算机系统简介10

1.3.1　计算机系统的层次结构10

1.3.2 计算机组成与计算机体系结构11

1.4 计算机主要性能指标12

1.4.1　CPU的相关指标12

1.4.2　存储器的相关指标13

1.4.3　计算机系统的相关指标14

本章小结15

习题116

第2章　计算机逻辑部件基础18

2.1　数字电路基础18

2.1.1 半导体材料和晶体二极管简介18

2.1.2 双极型三极管的结构及其伏安特性19

2.1.3　MOS管的结构及其工作特性21

2.2　布尔代数与门电路21

2.2.1 布尔代数21

2.2.2　基本逻辑运算与复合逻辑运算22

2.2.3 门电路23

2.3　组合逻辑电路23

2.3.1 加法器24

2.3.2　译码器25

2.3.3　多路选择器26

2.4　时序逻辑电路26

2.4.1　触发器26

2.4.2　计数器27

2.5　数字系统设计简介28

2.5.1　数字系统设计方法28

2.5.2 可编程逻辑器件简介29

本章小结31

习题231

第3章　计算机中信息的表示和数值运算33

3.1　数制与编码33

3.1.1 进位计数制及其相互转换33

3.1.2　十进制数的编码36

3.1.3　字符与字符串编码37

3.1.4　汉字及其他信息的编码表示39

3.1.5　校验码41

3.2　数值数据的表示45

3.2.1　真值和机器数45

3.2.2　无符号数和有符号数46

3.2.3　定点表示和浮点表示51

3.2.4　IEEE 754标准54

3.3　定点数的运算56

3.3.1　移位运算56

3.3.2　补码加减运算与溢出58

3.3.3　乘法运算61

3.3.4　除法运算69

3.4　浮点数的运算73

3.4.1　浮点数的加减运算73

3.4.2　浮点数的乘除运算75

3.5　算术逻辑单元ALU76

3.5.1 串行加法器和并行加法器76

3.5.2　ALU的功能和结构78

本章小结80

习题381

第4章　存储器层次结构85

4.1　存储器概述85

4.1.1　存储器的分类86

4.1.2　存储器的性能指标87

4.1.3　存储器的层次化结构88

4.2　半导体随机存取存储器89

4.2.1　SRAM存储器90

4.2.2　DRAM存储器93

4.3　只读存储器98

4.4　主存储器与CPU的连接101

4.5 高性能存储器介绍106

4.5.1　提高主存性能的措施106

4.5.2　双口RAM和多模块存储器108

4.5.3　DRAM技术的发展109

4.6　高速缓冲存储器112

4.6.1　程序访问的局部性112

4.6.2　Cache的基本工作原理112

4.6.3　Cache与主存的地址映像方式114

4.6.4　Cache的替换算法与写策略116

4.6.5　Cache应用举例117

4.7　虚拟存储器118

4.7.1 虚拟存储器的基本概念118

4.7.2　段式虚拟存储器119

4.7.3　页式虚拟存储器120

4.7.4　段页式虚拟存储器121

4.7.5 快表TLB122

4.8　辅助存储器介绍123

4.8.1 辅存概述123

4.8.2　磁记录原理与记录方式124

4.8.3 硬磁盘存储器与磁盘阵列125

4.8.4　磁带存储器129

4.8.5　光盘存储器130

本章小结131

习题4132

第5章　指令系统137

5.1 指令格式137

5.1.1　指令的基本格式137

5.1.2　定长操作码与扩展操作码139

5.1.3　指令字长140

5.2　操作数类型和操作类型141

5.2.1　操作数类型141

5.2.2　数据在存储器中的存放方式141

5.2.3　操作类型142

5.2.4　Pentium机器数据类型和操作类型143

5.3　指令的寻址方式145

5.3.1　指令寻址145

5.3.2　数据寻址146

5.4　CISC与RISC技术150

5.4.1　指令系统的发展150

5.4.2　RISC的特点151

5.5　指令格式举例152

5.5.1　设计指令格式应考虑的因素152

5.5.2　指令格式举例153

本章小结158

习题五158

第6章　CPU的功能与结构162

6.1 CPU的功能162

6.2　CPU的基本结构163

6.2.1　CPU的结构框图163

6.2.2　CPU的寄存器结构163

6.2.3　控制单元与中断系统166

6.2.4　CPU内部数据通路168

6.3　CPU的外部特性170

6.3.1　8086的引脚定义170

6.3.2　80386的引脚定义171

本章小结172

习题6173

第7章　控制单元CU174

7.1　控制器的功能与组成174

7.1.1　控制器的功能174

7.1.2　控制器的组成175

7.2　指令周期与多级时序系统176

7.2.1　指令周期的概念176

7.2.2　多级时序系统178

7.2.3　多级时序系统举例179

7.3　指令的执行过程182

7.4　控制方式184

7.5　指令流水线185

7.6　动态流水线的基本概念191

7.7　超标量的基本概念192

7.8　CPU举例196

7.8.1 RISC的CPU结构196

7.8.2　RISC的编译优化199

本章小结199

习题7200

第8章　控制单元的设计203

8.1　硬布线控制器设计203

8.1.1　硬布线控制的基本方法203

8.1.2 硬布线控制器的组成204

8.1.3　硬布线控制器的设计205

8.2　微程序控制器设计206

8.2.1　微程序设计思想的产生206

8.2.2　微程序控制的基本原理207

8.2.3　微指令的编码方式211

8.2.4　微地址的形成方式213

8.2.5　微指令格式及执行方式214

本章小结216

习题8217

第9章　系统总线220

9.1 总线概述220

9.1.1　总线的基本概念220

9.1.2　总线的分类221

9.2　总线的组成与连接方式223

9.2.1　总线的基本组成223

9.2.2　总线的基本连接方式223

9.3　总线特性与性能指标226

9.3.1 总线特性226

9.3.2　总线性能指标226

9.4　总线仲裁与总线操作228

9.4.1 总线仲裁228

9.4.2　总线操作229

9.5　总线标准举例232

本章小结235

习题9236

第10章　输入输出系统238

10.1　输入输出系统基本概念238

10.1.1　输入输出系统的发展概况238

10.1.2　输入输出系统的组成239

10.1.3　I/O设备与主机的联系方式239

10.1.4　I/O与主机信息传送的控制方式240

10.2　外部设备举例242

10.2.1 输入设备242

10.2.2　输出设备244

10.3　I/O接口245

10.3.1　概述245

10.3.2　接口的功能和基本结构246

10.3.3　接口类型247

10.3.4　I/O端口及其编址248

10.4　程序查询方式249

10.4.1　程序查询流程249

10.4.2　程序查询方式的接口电路250

10.5　程序中断方式251

10.5.1 中断的基本概念251

10.5.2　中断的响应、处理过程253

10.5.3　多重中断处理254

10.5.4　程序中断方式的接口电路255

10.5.5　中断控制器举例256

10.6　DMA方式257

10.6.1　DMA方式的特点258

10.6.2　DMA控制器的功能和组成259

10.6.3　DMA传送过程260

10.7　通道方式261

10.8　外设接口举例264

本章小结266

习题10267

附录1 阵列乘法器与阵列除法器270

附录2　74181与AM2901272

附录3　相联存储器275

附录4　MAX+plus Ⅱ软件277

附录5　VHDL语言280

参考文献284