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第1章 概论1

1.1 计算机的基本概念1

1.1.1 信息的数字化表示2

1.1.2 存储程序工作方式5

1.1.3 计算机的分类6

1.2 计算机的诞生和发展8

1.2.1 冯·诺依曼体系8

1.2.2 计算机发展历程9

1.2.3 未来的发展趋势12

1.3 计算机系统的组织13

1.3.1 硬件系统13

1.3.2 软件系统18

1.3.3 硬件、软件系统层次结构20

1.3.4 硬件、软件功能划分与逻辑等价23

1.4 计算机的特点与性能指标24

1.4.1 计算机的特点24

1.4.2 计算机的主要性能指标24

习题128

第2章 数据的表示、运算与校验29

2.1 数值型数据的表示29

2.1.1 进位计数制29

2.1.2 带符号数的表示35

2.1.3 定点数与浮点数40

2.2 字符型数据的表示46

2.3 运算方法48

2.3.1 定点加减运算48

2.3.2 溢出的判断与移位50

2.3.3 定点乘法运算53

2.3.4 定点除法运算60

2.3.5 浮点四则运算65

2.4 常用的数据校验方法67

2.4.1 奇偶校验68

2.4.2 海明校验69

2.4.3 循环冗余校验71

习题273

第3章 CPU子系统75

3.1 概述75

3.1.1 CPU的基本组成75

3.1.2 CPU的工作原理81

3.1.3 CPU的指令集类型82

3.1.4 CPU的发展历程83

3.2 指令系统86

3.2.1 指令格式86

3.2.2 寻址方式92

3.2.3 指令的功能和类型107

3.3 CPU的基本模型115

3.3.1 CPU设计步骤116

3.3.2 模型机的指令系统116

3.3.3 模型机的组成与数据通路120

3.4 运算部件124

3.4.1 加法单元124

3.4.2 加法器与进位逻辑125

3.4.3 算术逻辑运算部件128

3.4.4 运算器的组织132

3.5 组合逻辑控制方式134

3.5.1 组合逻辑控制器时序系统135

3.5.2 指令流程与操作时间表136

3.5.3 微命令的综合与产生146

3.6 微程序控制方式148

3.6.1 微程序控制的基本原理148

3.6.2 微指令编码与微地址形成150

3.6.3 模型机微指令格式153

3.6.4 模型机的微程序设计155

3.7 CPU性能的提升技术162

3.7.1 流水线技术162

3.7.2 SMT与超线程167

3.7.3 多核技术168

3.8 经典处理器介绍171

3.8.1 Intel 8086/8088172

3.8.2 Intel 80386/80486175

3.8.3 Pentium微处理器178

3.8.4 Alpha微处理器180

3.8.5 CRAY-1181

3.8.6 Transputer183

习题3184

第4章 存储子系统186

4.1 概述186

4.1.1 存储系统的层次结构186

4.1.2 物理存储器与虚拟存储器190

4.1.3 存储器的分类190

4.1.4 存储器的技术指标193

4.2 半导体存储原理194

4.2.1 双极型存储单元194

4.2.2 静态MOS存储单元197

4.2.3 动态MOS存储单元201

4.2.4 半导体只读存储器206

4.3 主存储器的组织210

4.3.1 主存的设计原则210

4.3.2 主存的逻辑设计212

4.3.3 主存的外部连接方式214

4.3.4 常见的主存芯片技术217

4.3.5 存储器的刷新与校验220

4.4 磁表面存储原理223

4.4.1 存储介质与磁头223

4.4.2 读写原理224

4.4.3 磁记录的编码方式226

4.5 磁盘存储器及其接口230

4.5.1 软盘存储器231

4.5.2 硬盘存储器234

4.5.3 技术指标与数据校验243

4.5.4 磁盘适配器245

4.5 光学存储及器件248

4.5.1 光存储原理248

4.5.2 光盘存储器250

4.5.3 光盘驱动器及其发展方向251

4.6 存储系统性能的改进措施254

4.6.1 高速缓冲存储器255

4.6.2 虚拟存储器261

4.6.3 双端口存储器266

4.6.4 并行存储器266

4.6.5 联想存储器270

习题4272

第5章 总线与输入／输出子系统274

5.1 概述274

5.1.1 总线简介275

5.1.2 接口的功能与类型276

5.1.3 输入／输出控制方式279

5.2 总线281

5.2.1 总线的特性与分类282

5.2.2 总线的标准284

5.2.3 总线的设计要素285

5.2.4 PCI总线介绍292

5.3 直接程序传输方式与接口295

5.4 中断方式与接口296

5.4.1 中断的相关概念296

5.4.2 中断请求301

5.4.3 中断判优302

5.4.4 中断响应306

5.4.5 中断处理309

5.4.6 中断接口组成模型312

5.4.7 典型中断接口举例315

5.5 DMA方式与接口318

5.5.1 DMA方式基本概念318

5.5.2 DMA控制器与接口的连接321

5.5.3 DMA控制器的组成325

5.5.4 DMA传输操作过程329

5.5.5 典型DMA接口举例330

5.6 IOP和PPU335

5.6.1 通道的系统结构335

5.6.2 通道的类型336

5.6.3 通道的工作原理337

习题5340

第6章 输入／输出设备及接口341

6.1 概述341

6.1.1 输入／输出设备的一般功能341

6.1.2 输入／输出设备的类型342

6.1.3 输入／输出设备与主机之间的信息交换345

6.2 键盘及接口346

6.2 1键盘的类型346

6.2.2 硬件扫描键盘349

6.2.3 软件扫描键盘350

6.3 显示设备及接口353

6.3.1 显示器的分类353

6.3.2 显示器的成像原理354

6.3.3 CRT显示器361

6.3.4 LCD显示器367

6.3.5 显示适配器及工作原理374

6.4 打印设备及接口378

6.4.1 概述378

6.4.2 打印机的性能指标380

6.4.3 点阵针式打印机381

6.4.4 喷墨打印机385

6.4.5 激光打印机387

6.4.6 打印机适配器390

6.4.7 3D打印技术简介391

6.5 其他输入／输出设备392

6.5.1 光学字符识别设备392

6.5.2 图形图像输入设备393

6.5.3 语音识别设备395

6.5.4 条形码与二维码识别仪396

习题6399

第7章 计算机硬件系统模型400

7.1 模型机系统及信号互连400

7.1.1 系统组成400

7.1.2 系统总线401

7.1.3 各部件的信号线402

7.2 模型机典型I/O操作举例406

7.2.1 直接程序传输方式的I/O操作406

7.2.2 中断方式下的I/O操作407

7.2.3 DMA方式下的I/O操作408

7.3 系统配置举例409

习题7411

参考文献412