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第一篇概述1

第1章计算机系统概论1

目录1

1-1计算机系统简介2

1-1-1计算机简史2

1-1-2计算机的应用3

1-1-3计算机的发展趋势4

1-1-4计算机体系结构和计算机组成5

1-2-2图灵机的基本模型6

1-2 图灵机6

1-2-1 图灵及图灵机简介6

1-2-3图灵机的功能7

1-2-4图灵机与冯·诺依曼型计算机7

1-3计算机的组织结构8

1-3-1冯·诺依曼计算机的特点8

1-3-2计算机的硬件框图9

1-4-1虚拟机的概念10

1-4计算机的层次结构10

1-3-3非冯·诺依曼计算机10

1-4-2虚拟机的层次结构11

1-4-3硬件和软件的逻辑等价性11

1-5计算机的性能指标12

1-5-1 机器字长12

1-5-2存储容量12

1-6 小结13

习题13

1-5-3运算速度13

第2章数字逻辑15

2-1 布尔代数16

2-1-1基本逻辑运算16

2-1-2复合逻辑运算17

2-2 门17

2-3组合逻辑电路19

2-3-1多路转换器19

2-3-2译码器20

2-3-3只读存储器20

2-3-4加法器21

2-4 时序电路22

2-4-1 触发器22

24-2寄存器23

2-4-3计数器24

2-5 小结26

习题26

第二篇计算机系统27

第3章系统总线27

3-1计算机系统互连结构28

3-2总线的基本概念29

第6章输入输出系统 131

3-3总线内部结构33

3-4总线连接方式34

3-5总线设计要素37

3-6 PCI总线42

3-6-1 多总线分级结构42

3-6-2总线内部结构43

3-6-3总线周期类型45

3-6-4总线周期操作46

3-6-5 总线仲裁48

3-7 小结49

习题50

第4章存储器51

4-1-1存储器的特性52

4-1存储器概述52

4-1-2存储器分类53

4-1-3存储器的层次结构54

4-2半导体主存储器56

4-2-1 半导体存储器的分类56

4-2-3芯片逻辑58

4-2-2半导体存储器的组织58

4-2-4 DRAM的刷新60

4-2-5芯片的封装61

4-3存储器与CPU连接62

4-3-1存储容量的扩展63

4-3-2存储器与CPU的连接65

第7章信息的表示 167

第三篇中央处理器（CPU）67

4-3-3提高存取速度的措施68

4-4高速缓冲存储器（Cache）68

4-4-1 原理69

4-4-2 Cache的设计要素70

4-4-3 PentiumⅡ的Cache组织77

4-5虚拟存储器79

4-5-1虚拟存储器的基本概念79

4-5-2页式虚拟存储器80

4-5-3段式虚拟存储器81

4-5-4段页式虚拟存储器82

4-5-5替换算法84

4-6 小结84

习题85

第5章外围设备87

5-1 概述88

5-1-1 外部设备的一般功能与组成88

5-1-2外部设备的分类88

5-1-3调用I/O设备的层次90

5-2键盘91

5-2-1硬件扫描键盘91

5-2-2软件扫描键盘92

5-3-1显示方式与常见显示规格94

5-3 显示设备94

5-3-2光栅扫描成像原理95

5-3-3屏幕显示与显示缓存间的对应关系98

5-4打印设备102

5-4-1打印设备的分类102

5-4-2点阵针式打印机103

5-4-3激光打印机104

5-4-5几种打印机的比较105

5-4-4喷墨打印机105

5-5外部存储器106

5-5-1磁盘106

5-5-2 RAID（磁盘冗余阵列）109

5-5-3光存储器116

5-5-4磁带118

5-6外部接口：SCSI和FireWire119

5-6-1接口的类型119

5-6-2点对点和多点配置119

5-6-3小型计算机系统接口（SCSI）119

5-6-4FireWire串行总线123

习题127

5-7 小结127

6-1-1输入输出接口132

6-1-2接口的功能、基本组成和类型132

6-1输入输出系统概述132

6-1-3外设的识别与端口寻址134

6-1-4输入输出信息传送控制方式136

6-2程序查询方式及其接口137

6-2-1程序查询方式137

6-2-2程序查询方式接口138

6-3程序中断方式及其接口140

6-3-1 中断的基本概念140

6-3-2中断请求和中断判优142

6-3-3中断响应和中断处理144

6-3-4多重中断与中断屏蔽146

6-3-5中断全过程148

6-3-6程序中断接口结构149

6-3-7中断控制器149

6-4 DMA方式及其接口151

6-4-1 DMA方式的基本概念151

6-4-2DMA接口152

6-4-3 DMA传送方法与传送过程155

6-4-4 DMA控制器与外设的接口158

6-5通道方式及其接口159

6-5-1通道的基本概念159

6-5-2通道的类型160

6-5-3通道工作过程162

6-6小结163

习题164

7-1定点数的表示方法168

7-1-1原码表示法168

7-1-2补码表示法168

7-2浮点数的表示方法169

7-2-1 原理169

7-2-2二进制浮点表示的IEEE标准171

7-3文字信息的表示172

7-3-1字符与字符串的表示172

7-3-2汉字的表示173

7-4其他信息的表示174

7-4-1语音的计算机表示方法174

7-4-3图形的计算机表示175

7-4-2位图图像的计算机表示175

7-5 小结176

习题176

第8章运算方法和运算器177

8-1定点算术运算178

8-1-1加法和减法178

8-1-2溢出178

8-1-3乘法179

8-1-4除法181

8-2浮点算术运算183

8-2-1加法和减法183

8-2-2乘法和除法184

8-2-3舍入186

8-4算术／逻辑单元（ALU）187

8-4-1 ALU的组成187

8-3逻辑运算187

8-4-2先行进位的实现188

8-5 小结190

第9章指令系统191

9-1指令系统的发展与性能要求192

9-1-1指令系统的发展192

9-1-2指令系统性能的要求192

9-1-3低级语言与硬件结构的关系193

9-2机器指令的设计要素194

9-2-1机器指令要素194

9-2-2指令表示194

9-2-3指令类型195

9-2-4地址数目196

9-2-5指令集设计196

9-3指令格式197

9-3-1操作码197

9-3-2地址码198

9-3-3指令字长199

9-4操作数类型和操作类型200

9-4-1操作数类型200

9-4-2操作类型201

9-5指令和操作数的寻址方式203

9-5-1指令的寻址方式203

9-5-2操作数寻址方式204

9-6 RISC技术211

9-6-1 RISC的产生和发展211

9-6-2 RISC的主要特征213

9-6-3 RISC和CISC的比较215

9-7小结217

习题217

第10章CPU的结构与功能219

10-1处理器组织220

10-2-2控制和状态寄存器221

10-2寄存器组织221

10-2-1用户可见寄存器221

10-3控制器223

10-4指令周期224

10-5时序产生器224

10-5-1 时序信号224

1-5-2时序信号产生器225

10-6指令流水226

10-6-1流水线策略226

10-6-2流水线的主要问题228

10-7RISC的硬件结构230

10-8 Pentium处理器230

10-8-1 Pentium的结构框图230

10-8-2寄存器组织231

习题232

10-9 小结232

第11章控制单元的功能233

第四篇控制单元（CU）233

11-1 微操作234

11-2指令周期分析234

11-2-1取指周期235

11-2-2间址周期235

11-2-3执行周期235

11-2-4中断周期237

11-3 CPU控制237

11-3-1功能需求237

11-3-2控制信号238

11-3-3控制方式239

11-3-4控制信号举例240

11-3-5 CPU内部组织242

习题245

11-4小结245

第12章控制单元的设计247

12-1硬布线控制器248

12-1-1控制器输入248

12-1-2控制器逻辑248

12-2微程序控制器249

12-2-1基本概念249

12-2-2微程序控制器250

12-2-3微指令编码254

12-2-4微地址的形成方法254

12-2-5微指令格式255

12-3小结256

习题256

参考文献257