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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国内外计算机发展概况1

1.1.2摩尔定律2

1.1.3计算机的发展趋势3

1.1.4多核处理器4

1.1.5嵌入式计算机4

1.1.6计算机的应用5

1.2计算机系统的组成7

1.2.1计算机硬件系统7

1.2.2计算机软件系统11

1.3计算机的性能指标和性能评价12

1.3.1基本性能指标13

1.3.2与执行时间有关的性能指标13

1.3.3 CPU性能公式及其应用16

1.3.4性能测试18

1.3.5计算机系统的可靠性及其评价21

1.4计算机系统的层次结构22

1.4.1计算机系统的层次结构及各层简介23

1.4.2各层之间的关系24

1.4.3硬件和软件逻辑功能的等价性24

本章小结25

习题127

课外实践28

第2章 数据信息的表示29

2.1数据表示的目的及设计数据格式应考虑的因素29

2.2数值数据的表示30

2.2.1数的机器码表示30

2.2.2数的定点表示35

2.2.3浮点数据表示37

2.2.4十进制数的二进制编码与运算41

2.3非数值数据的表示43

2.3.1字符的表示方法43

2.3.2汉字编码44

2.4数据信息的校验46

2.4.1码距与数据校验46

2.4.2奇偶校验47

2.4.3海明校验49

2.4.4循环冗余校验（CRC）53

本章小结57

习题259

课外实践61

第3章 运算方法与运算器62

3.1定点补码加减法运算62

3.1.1补码加减法运算方法62

3.1.2溢出及检测65

3.1.3补码加减法的逻辑实现69

3.2移码加减运算及实现逻辑69

3.3定点乘法运算72

3.3.1机器数的移位操作72

3.3.2原码一位乘法73

3.3.3补码一位乘法76

3.3.4阵列乘法器79

3.4定点除法运算81

3.4.1原码一位除法81

3.4.2基于不恢复余数的补码一位除法84

3.4.3阵列除法器86

3.5浮点运算88

3.5.1浮点数加减运算88

3.5.2浮点乘法运算92

3.5.3浮点除法运算93

3.6逻辑运算93

3.7运算器94

3.7.1定点运算器94

3.7.2浮点运算器96

3.7.3基本算术逻辑运算单元的设计96

本章小结104

习题3108

课外实践109

第4章 存储系统110

4.1存储器概述110

4.1.1存储器分类110

4.1.2主存的主要技术指标112

4.1.3主存中数据的存放113

4.1.4主存的基本结构和工作过程115

4.1.5存储系统层次结构115

4.2半导体存储器116

4.2.1静态MOS存储器（SRAM）116

4.2.2动态MOS存储器（DRAM）120

4.2.3只读存储器125

4.2.4新型存储器128

4.3主存的组织及与CPU的连接131

4.3.1存储器的扩展132

4.3.2存储器接口136

4.4并行主存系统138

4.5高速缓冲存储器（cache）141

4.5.1程序访问的局部性原理141

4.5.2 ache的工作原理142

4.5.3相联存储器145

4.5.4 cache的地址映射及变换方法146

4.5.5替换算法154

4.5.6 cache的写策略159

4.5.7多cache结构160

4.6虚拟存储器161

4.6.1虚拟存储器的工作原理161

4.6.2虚拟存储器的地址映射与变换162

4.6.3页式虚拟存储器162

4.6.4段式虚拟存储器167

4.6.5段页式虚拟存储器168

4.7存储保护169

4.8辅助存储器170

4.8.1磁表面存储器170

4.8.2光盘存储器175

4.8.3冗余磁盘阵列178

本章小结183

习题4189

课外实践192

第5章 指令系统193

5.1指令系统概述193

5.2指令格式194

5.2.1操作码195

5.2.2地址码195

5.2.3关于指令长度的有关概念197

5.3指令和操作数的寻址方式198

5.3.1指令的寻址方式198

5.3.2操作数寻址方式199

5.3.3寻址方式举例207

5.4指令系统类型208

5.5指令格式设计及优化212

5.5.1指令格式的设计212

5.5.2指令格式的优化214

5.6 CISC和RISC的基本概念218

5.6.1复杂指令系统计算机（CISC）218

5.6.2精简指令系统计算机（RISC）219

5.7指令系统举例220

5.7.1 8088/8086指令系统220

5.7.2 Pentium 指令系统222

5.7.3 MIPS指令系统223

本章小结228

习题5231

课外实践233

第6章 中央处理器234

6.1中央处理器的功能与组成234

6.1.1中央处理器的功能234

6.1.2中央处理器的组成234

6.2指令周期237

6.2.1指令执行的一般流程237

6.2.2指令周期的基本概念237

6.2.3寄存器级传送语言RTL238

6.3数据通路的构成及指令操作流程239

6.3.1基于单总线结构的数据通路239

6.3.2基于专用通路结构的数据通路244

6.4时序与控制258

6.4.1中央处理器的时序258

6.4.2控制方式260

6.5微程序控制器261

6.5.1微程序控制的基本概念261

6.5.2微程序控制器组成原理263

6.5.3微指令及其编码方法265

6.5.4微程序设计举例267

6.6硬布线控制器271

6.6.1硬布线控制器的模型271

6.6.2硬布线控制器的设计举例271

6.7中央处理器举例277

本章小结280

习题6284

课外实践286

第7章 流水线技术概述287

7.1流水线的基本概念287

7.2流水线的分类288

7.3流水线的性能分析291

7.4流水线的性能分析举例295

7.5流水线中的相关和冲突问题298

7.5.1经典5段MIPS指令流水线299

7.5.2流水线的冲突和相关301

7.6指令级高度并行技术304

本章小结305

习题7306

课外实践307

第8章 系统总线308

8.1总线基本概念308

8.1.1总线的分类308

8.1.2总线的特性309

8.1.3三态门与总线310

8.1.4总线事务类型311

8.1.5信号线的类型311

8.1.6总线性能指标311

8.2总线的连接方式312

8.3总线的仲裁方法316

8.4总线的定时方式319

8.5总线的信息传送323

8.6总线标准325

8.6.1总线发展概述325

8.6.2几种典型的流行总线标准326

本章小结335

习题8338

课外实践339

第9章 输入输出系统340

9.1输入输出特性340

9.2 I/O接口341

9.2.1 I/O接口的功能341

9.2.2 I/O接口的结构342

9.2.3接口的分类342

9.2.4 I/O的连接方式343

9.2.5 I/O设备的编址344

9.3输入输出数据传输控制方式概述345

9.4程序查询控制方式347

9.4.1程序查询控制方式的接口347

9.4.2设备状态寄存器的格式348

9.4.3程序查询方式数据输入输出流程348

9.5程序中断控制方式350

9.5.1中断的概念350

9.5.2中断请求的建立与传送353

9.5.3中断响应355

9.5.4中断源识别以及获得中断服务程序入口地址的方法355

9.5.5中断处理流程359

9.6 DMA方式363

9.6.1 DMA的基本概念363

9.6.2 DMA传送方式364

9.6.3 DMA操作过程365

9.6.4 DMA控制器的基本组成367

9.6.5选择型和多路型DMA控制器368

9.7通道方式369

9.7.1通道概念369

9.7.2通道的类型369

9.7.3 CPU对通道的控制371

9.7.4通道结构的发展371

9.8输入输出设备372

9.8.1输入输出设备分类372

9.8.2输入设备的工作原理373

9.8.3输出设备376

本章小结389

习题9392

课外实践395

参考文献396

读者可参考的资源网站397