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第1章　计算机系统1

1.1　计算机系统的基本组成及其层次结构1

1.2　计算机硬件的5个功能部件及其功能4

1.3　计算机系统主要的技术与性能指标6

1.4　计算机的体系结构、组成和实现概述8

1.5　计算机发展进步、分类与拓展应用的进程10

1.6　本章小结13

1.7　习题与思考题13

第2章　数字电路基础和常规器件选用实例14

2.1　数字电路基础14

2.1.1　半导体材料和晶体二极管简介14

2.1.2　双极型三极管的结构及其伏安特性16

2.1.3 MOS管的结构和它的伏安特性17

2.2　基本逻辑门和布尔代数知识基础19

2.2.1　最基本的逻辑门电路19

2.2.2　布尔代数知识基础及其应用21

2.3　组合逻辑电路及其应用24

2.3.1　基本逻辑门器件24

2.3.2　三态门器件25

2.3.3　多路选择器26

2.3.4　编码器和译码器26

2.3.5　组合逻辑电路应用案例28

2.4　时序逻辑电路及其应用29

2.4.1　基本RS触发器30

2.4.2 D触发器与寄存器、计数器器件30

2.4.3　存储器芯片简介31

2.4.4　时序逻辑电路应用案例31

2.5　现场可编程逻辑器件及其应用32

2.5.1　现场可编程器件简介33

2.5.2　现场可编程器件的编程和应用34

2.5.3　现场可编程器件应用案例35

2.6　本章小结41

2.7　习题与思考题41

第3章　数据表示和运算方法44

3.1　数字化信息编码的概念和二进制编码知识44

3.1.1　数字化信息编码的概念44

3.1.2　二进制编码和码制转换44

3.1.3　检错纠错码50

3.2　数据表示——常用的信息编码54

3.2.1　逻辑型数据的表示54

3.2.2　字符型数据的表示54

3.2.3　多媒体信息编码57

3.2.4　数值型数据的表示59

3.3　二进制数值数据的编码方案与运算算法63

3.3.1　原码、反码、补码的定义63

3.3.2　补码加、减运算规则和电路实现66

3.3.3　原码一位乘法、除法的实现方案67

3.3.4　实现乘法、除法的其他方案73

3.4　本章小结74

3.5　习题与思考题75

第4章　计算机的运算器部件76

4.1　算术逻辑运算单元的线路实现76

4.2　计算机的定点运算器79

4.2.1　定点运算器的功能、组成与控制79

4.2.2　示例计算机的运算器部件的功能、组成与实现81

4.2.3 MIPS计算机多周期CPU系统中的运算器部件的组成与实现85

4.3　浮点运算与浮点运算器87

4.3.1　浮点数的运算规则87

4.3.2　浮点运算器举例93

4.4　提高运算器部件处理能力的可行途径94

4.4.1　计算机性能的提高和并行性发展简介94

4.4.2　提高计算机运算器处理能力的可行途径95

4.5　本章小结96

4.6　习题与思考题97

第5章　指令系统和汇编语言程序设计99

5.1　指令格式和指令系统概述99

5.1.1　操作码的组织与编码100

5.1.2　有关操作数的个数、来源、去向和地址安排101

5.1.3　指令的分类102

5.2　基本寻址方式概述104

5.3　指令系统举例106

5.3.1 MIPS计算机的指令系统107

5.3.2 TH-FPGA示例计算机的指令系统107

5.4　计算机的汇编语言程序设计111

5.4.1　汇编语言程序设计中的有关概念111

5.4.2　示例计算机的汇编语言程序设计举例113

5.5　本章小结116

5.6　习题与思考题117

第6章　计算机的控制器部件118

6.1　控制器的功能、组成与指令执行步骤概述118

6.1.1　控制器部件的功能、组成简介118

6.1.2　指令的执行步骤简介119

6.2　硬连线控制器部件121

6.2.1　硬连线控制器的组成和运行原理简介121

6.2.2 TH-FPGA教学计算机系统实例123

6.2.3 MIPS计算机的控制器部件136

6.3　微程序的控制器部件141

6.3.1　微程序控制器的基本组成和运行原理简介141

6.3.2　微程序设计中的下地址形成逻辑和微程序设计143

6.4　指令流水线的概念和实现技术144

6.4.1　流水线的基本概念和主要性能指标145

6.4.2　指令流水线中的相关问题及其解决思路147

6.4.3 TH-FPGA系统中的指令流水线方案148

6.4.4　指令级并行技术153

6.5　本章小结155

6.6　习题与思考题155

第7章　多级结构的存储器系统157

7.1　存储器系统概述157

7.1.1　存储器的性能指标158

7.1.2　存储器的分类159

7.1.3　存储系统运行遵循的原理161

7.2　主存部件的组成与设计163

7.2.1　存储器芯片164

7.2.2　主存的基本组成168

7.2.3　教学计算机内存的组成与设计171

7.2.4　摩尔定律与软件第一定律174

7.3　外存储器设备与磁盘阵列技术176

7.3.1　外存设备简介176

7.3.2　磁盘设备的组成与运行原理176

7.3.3　磁盘阵列技术与RAID盘179

7.3.4　光盘存储设备的组成与运行原理181

7.4 高速缓冲存储器187

7.4.1　高速缓冲存储器的运行原理187

7.4.2 Cache的3种地址映像方式190

7.5　虚拟存储器概述199

7.5.1　虚似存储器的功能与特点199

7.5.2 3种虚拟存储器200

7.5.3　虚似存储器与Cache的比较202

7.6　本章小结203

7.7　习题与思考题203

第8章　输入／输出设备和输入／输出系统205

8.1　基本输入／输出设备205

8.1.1　输入／输出设备简介205

8.1.2　点阵式设备运行原理简介206

8.1.3　计算机键盘与鼠标的组成和运行原理207

8.1.4　显示器的组成和运行原理209

8.1.5　打印输出设备213

8.2　计算机总线与接口219

8.2.1　总线简介219

8.2.2　总线仲裁和数据传输控制222

8.2.3　输入／输出接口的基本功能223

8.2.4　通用可编程接口的一般组成和串行接口实例224

8.3　常用的输入／输出方式229

8.3.1　常用的输入／输出方式简介229

8.3.2　中断的概念和中断处理过程231

8.3.3 DMA及其处理过程235

8.4　本章小结237

8.5　习题与思考题238

第9章　并行计算机的体系结构240

9.1　基础知识与基本概念240

9.1.1　计算机体系结构的分类240

9.1.2　并行计算机系统的性能问题241

9.1.3　并行计算机系统的软件技术243

9.2 SIMD计算机概述246

9.3　基于共享内存的多处理机系统247

9.3.1　一致性内存访问的多处理机系统248

9.3.2　非一致性内存访问的多处理机系统249

9.3.3　仅高速缓存访问的多处理机系统249

9.4　基于消息传递的多计算机系统250

9.4.1　大规模并行处理机251

9.4.2　工作站集群252

9.5　本章小结252

9.6　习题与思考题253

附录　逻辑符号对照表254

参考文献255