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第1篇 计算机系统组成基础2

第1章 计算机系统概论2

1.1 计算机的基本概念2

1.1.1 存储程序的工作方式2

1.1.2 信息的数字化表示2

1.1.3 计算机体系结构、组成与实现4

1.2 计算机系统的硬、软件组成5

1.2.1 计算机硬件系统5

1.2.2 计算机软件系统7

1.3 层次结构模型8

1.3.1 从语言功能角度划分层次结构8

1.3.2 软、硬件在逻辑上的等价10

1.4 计算机的工作过程10

1.4.1 处理问题的步骤10

1.4.2 计算机的解题过程12

1.5 微型计算机的主要技术指标15

1.6 计算机的发展与应用16

1.6.1 电子计算机的诞生17

1.6.2 第一代计算机18

1.6.3 第二代计算机18

1.6.4 第三代计算机18

1.6.5 第四代计算机19

1.6.6 新一代计算机21

1.6.7 我国计算机的发展21

思考题与习题22

第2章 计算机中的信息表示23

2.1 无符号数和有符号数23

2.1.1 无符号数23

2.1.2 有符号数23

2.2 数的定点表示和浮点表示30

2.2.1 定点表示31

2.2.2 浮点表示31

2.2.3 定点数和浮点数的比较32

2.2.4 举例33

2.2.5 IEEE 75434

2.3 定点运算35

2.3.1 移位运算35

2.3.2 加法与减法运算37

2.3.3 乘法运算40

2.3.4 除法运算47

2.4 浮点四则运算50

2.4.1 浮点加减运算50

2.4.2 浮点乘除运算55

2.4.3 浮点运算所需的硬件配置57

2.5 算术逻辑单元58

2.5.1 ALU电路58

2.5.2 快速进位链60

2.6 字符的表示65

2.6.1 ASCII码65

2.6.2 Unicode编码67

2.6.3 汉字编码简介68

2.7 指令信息的表示70

2.7.1 指令格式71

2.7.2 常用的寻址方式72

2.7.3 指令类型74

2.7.4 Pentium指令格式76

2.8 校验技术78

2.8.1 奇偶校验码79

2.8.2 循环冗余校验码79

思考题与习题82

第2篇 计算机系统分层结构86

第3章 微体系结构层——CPU的构成86

3.1 CPU的组成和功能86

3.1.1 CPU的组成86

3.1.2 CPU的功能87

3.1.3 指令的执行过程88

3.2 CPU模型机的数据通路及指令流程分析88

3.2.1 单总线结构88

3.2.2 双总线结构90

3.2.3 三总线结构92

3.3 组合逻辑控制器原理94

3.3.1 模型机的指令系统94

3.3.2 模型机的时序系统与控制方式96

3.3.3 模型机主要组成部分的门级设计及控制信号98

3.3.4 指令流程及控制信号序列101

3.3.5 组合逻辑控制器的设计步骤103

3.4 微程序控制器原理105

3.4.1 微程序控制的基本概念105

3.4.2 微指令的编码方式107

3.4.3 微程序控制器中的分支控制108

3.4.4 微指令格式110

3.4.5 模型机的微指令格式设计及微程序编写110

3.5 精简指令系统计算机111

3.5.1 RISC与CISC的概念112

3.5.2 精简指令系统计算机的技术特点112

3.6 指令流水技术113

3.6.1 流水线的基本概念113

3.6.2 DLX流水线113

3.6.3 流水线的效率115

3.6.4 流水线中的相关115

思考题与习题118

第4章 指令系统层120

4.1 概述120

4.2 80x86 CPU122

4.2.1 8086/8088微处理器122

4.2.2 80386微处理器123

4.2.3 Pentium微处理器124

4.2.4 Pentium Ⅳ微处理器125

4.3 基本执行环境127

4.3.1 操作模式127

4.3.2 存储管理128

4.3.3 80x86 CPU的寄存器结构133

4.4 80x86 CPU的指令系统136

4.4.1 80x86数据类型136

4.4.2 80x86指令格式138

4.4.3 80x86寻址方式138

4.4.4 80x86 CPU指令的分类141

思考题与习题162

第5章 汇编语言层166

5.1 概述166

5.2 汇编语言语句类型及格式167

5.2.1 语句类型167

5.2.2 语句格式167

5.3 80x86宏汇编伪指令170

5.3.1 符号定义伪指令170

5.3.2 数据定义伪指令171

5.3.3 指令集选择伪指令175

5.3.4 段结构伪指令175

5.3.5 定位伪指令177

5.3.6 过程定义伪指令178

5.3.7 标题伪指令178

5.3.8 结束伪指令178

5.3.9 包含伪指令179

5.3.10 简化段定义伪指令179

5.4 宏指令180

5.5 汇编语言程序的设计步骤185

5.6 汇编语言程序设计的基本技术188

5.6.1 顺序结构程序设计188

5.6.2 分支结构程序设计190

5.6.3 循环结构程序设计201

5.6.4 子程序设计210

5.6.5 系统功能的调用226

思考题与习题229

第3篇 存储系统与输入／输出系统第6章 存储系统234

6.1 概述234

6.1.1 存储器的分类234

6.1.2 主存的主要技术指标236

6.2 存储原理237

6.2.1 半导体存储器的存储原理237

6.2.2 磁表面存储器的存储原理243

6.2.3 光存储器的存储原理247

6.3 主存储器的组织249

6.3.1 主存储器的逻辑设计249

6.3.2 主存储器与CPU的连接256

6.3.3 Pentium CPU的存储器组织260

6.3.4 高级DRAM260

6.4 高速缓冲存储器267

6.4.1 Cache的基本原理267

6.4.2 Cache的组织结构271

6.4.3 Cache的性能分析272

6.4.4 改进Cache性能的方法273

6.4.5 PentiumⅡCPU的Cache组织结构283

6.5 外部存储器284

6.5.1 硬磁盘存储器284

6.5.2 U盘存储器288

6.5.3 光盘存储器290

6.5.4 磁带存储器291

6.6 物理存储系统的组织293

6.6.1 存储系统的层次结构293

6.6.2 磁盘冗余阵列295

6.6.3 并行存储技术299

6.7 虚拟存储系统的组织303

6.7.1 虚拟存储器303

6.7.2 虚拟存储器的组织方式304

6.7.3 Pentium CPU支持的虚拟存储器307

思考题与习题308

第7章 输入／输出系统311

7.1 I/O系统概述311

7.1.1 I/O系统的组成311

7.1.2 设计I/O系统应考虑的三个要素311

7.1.3 主机与I/O设备间的连接方式312

7.2 I/O接口313

7.2.1 I/O接口的功能和组成313

7.2.2 I/O端口的编址方式314

7.2.3 接口的分类315

7.3 直接程序控制方式316

7.3.1 立即程序传送方式316

7.3.2 程序查询方式316

7.3.3 直接程序控制方式适应的场合及缺点318

7.4 程序中断方式318

7.4.1 程序中断方式的基本思想和作用318

7.4.2 I/O接口中的中断逻辑及中断驱动程序流程319

7.4.3 中断请求和中断判优321

7.4.4 中断响应322

7.4.5 多重中断与中断屏蔽323

7.5 DMA方式325

7.5.1 DMA接口组成325

7.5.2 DMA的数据传送方式与传送过程326

7.5.3 DMA接口的类型328

7.6 通道与IOP330

7.6.1 通道330

7.6.2 IOP与外围处理机333

7.7 系统总线334

7.7.1 总线的概念与特性334

7.7.2 总线的分类335

7.7.3 总线的性能指标与总线标准336

7.7.4 总线使用的控制338

7.8 典型的外设接口340

7.8.1 ATA接口340

7.8.2 USB接口341

思考题与习题342

第8章 I/O设备345

8.1 概述345

8.1.1 I/O设备的分类345

8.1.2 主机对I/O控制的4个层次346

8.2 键盘346

8.2.1 键开关与键盘类型346

8.2.2 编码键盘的工作原理347

8.2.3 非编码键盘的工作原理348

8.3 显示器349

8.3.1 CRT显示器349

8.3.2 液晶显示器353

8.3.3 等离子显示器355

8.4 打印机356

8.4.1 针式打印机356

8.4.2 激光打印机358

8.4.3 喷墨打印机360

思考题与习题364

第4篇 计算机系统部件设计366

第9章 现代计算机系统部件设计366

9.1 现代计算机设计技术366

9.1.1 EDA技术366

9.1.2 可编程逻辑器件367

9.1.3 硬件描述语言368

9.2 计算机组成部件设计368

9.2.1 算术逻辑运算部件的设计368

9.2.2 简单计算机结构设计378

思考题与习题396

参考文献397