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第1章 计算机系统概论1

1.1计算机的发展1

1.2计算机的硬件组成2

1.2.1计算机的硬件框图2

1.2.2计算机系统的主要技术指标4

1.3计算机系统的层次结构8

1.3.1计算机硬件8

1.3.2计算机软件8

1.3.3计算机系统的层次结构简介9

1.3.4计算机工作过程10

1.3.5计算机组成与计算机系统结构的关系12

1.4系统结构的发展12

本章小结13

习题15

第2章 运算方法与运算器16

2.1数据的表示方法16

2.1进位计数制及其相互转换16

2.1.2真值和机器数19

2.1.3十进制数的二进制编码24

2.1.4字符和字符串25

2.2数的定点表示和浮点表示28

2.2.1定点数28

2.2.2浮点数29

2.3定点数的移位运算31

2.4定点数的加减运算33

2.4.1补码的加减运算及溢出判断33

2.4.2移码的加减运算及溢出判断34

2.5加法器和算术逻辑单元35

2.5.1加法器35

2.5.2算术逻辑单元39

2.6定点乘法运算42

2.6.1定点原码一位乘42

2.6.2补码一位乘46

2.6.3原码两位乘49

2.6.4补码两位乘52

2.6.5阵列乘法器54

2.7定点除法运算56

2.7.1原码一位除56

2.7.2补码一位除58

2.8浮点运算59

2.8.1浮点数的加减法运算59

2.8.2浮点数的乘除法运算62

2.9运算器的基本结构63

2.9.1定点运算部件63

2.9.2浮点运算部件64

2.9.3定点运算器的基本结构64

2.10数据校验码65

2.10.1基本概念66

2.10.2奇偶校验码67

2.10.3海明校验码68

2.10.4循环冗余校验码70

本章小结73

习题78

第3章 存储系统81

3.1存储系统概述81

3.1.1存储器分类82

3.1.2主存储器的主要性能指标83

3.1.3存储系统的层次结构83

3.2主存储器84

3.2.1静态存储器85

3.2.2动态存储器89

3.2.3 RAM芯片实例91

3.2.4存储控制93

3.2.5 DRAM与SRAM的比较94

3.3半导体存储器的容量扩展94

3.4双端口存储器和多体交叉存储器99

3.4.1双端口存储器99

3.4.2多体交叉存储器100

3.5高速缓冲存储器101

3.5.1 Cache的基本工作原理102

3.5.2 Cache地址映像103

3.5.3 Cache替换算法106

3.5.4 Cache性能分析107

3.6虚拟存储器110

3.6.1虚拟存储器概述110

3.6.2页式虚拟存储器112

3.6.3段页式虚拟存储器114

3.6.4虚拟存储器工作的全过程115

3.6.5存储管理部件116

3.7三级存储系统117

3.7.1三级存储系统地址变换117

3.7.2全Cache技术118

本章小结118

习题123

第4章 指令系统127

4.1指令的组成127

4.2寻址技术127

4.2.1立即数寻址方式128

4.2.2寄存器寻址方式128

4.2.3直接寻址方式129

4.2.4间接寻址方式129

4.2.5基址寻址方式130

4.2.6变址寻址方式130

4.2.7相对寻址方式131

4.2.8堆栈寻址方式131

4.3指令的格式设计132

4.3.1操作码的编码方式132

4.3.2地址码的编码设计136

4.4指令系统的功能137

4.4.1基本指令系统137

4.4.2复杂指令系统138

4.4.3精简指令系统139

本章小结140

习题142

第5章 中央处理器145

5.1 CPU的功能和基本结构145

5.1.1 CPU的功能145

5.1.2 CPU的组成145

5.1.3 CPU中的主要寄存器146

5.1.4 CPU的基本模型148

5.2控制器的功能和组成148

5.2.1指令的执行步骤148

5.2.2控制器的功能149

5.2.3控制器的组成150

5.2.4控制器的硬件实现152

5.3时序系统与控制方式152

5.3.1指令周期和机器周期152

5.3.2节拍和脉冲153

5.3.3多级时序系统154

5.3.4控制器的控制方式155

5.4数据通路156

5.4.1数据通路的概念156

5.4.2数据通路的操作157

5.5微程序控制器161

5.5.1微程序控制器的基本概念161

5.5.2实现微程序控制的基本原理162

5.5.3微程序控制器165

5.6微程序设计技术166

5.6.1微命令的编码方式166

5.6.2微地址的形成方式168

5.6.3微指令格式设计171

5.6.4动态微程序设计172

5.6.5微指令的执行方式173

5.7硬布线控制器174

本章小结176

习题180

第6章 输入输出系统183

6.1 I/O接口183

6.1.1 I/O接口的特点、分类、基本功能与结构183

6.1.2 I/O端口及其编址185

6.1.3 I/O设备数据传送控制方式186

6.2程序直接控制方式186

6.3程序中断方式187

6.3.1中断的基本概念187

6.3.2中断处理189

6.3.3中断判优193

6.3.4中断向量的形成195

6.4 DMA方式196

6.4.1 DMA的工作方式196

6.4.2 DMA控制器的功能与组成199

6.4.3 DMA数据传送过程200

6.4.4 DMA接口与系统的连接方式202

6.4.5 DMA小结203

6.5通道控制与外围处理机方式204

6.5.1通道的类型204

6.5.2通道型I/O处理机和外围处理机205

6.6总线207

6.6.1总线的基本概念207

6.6.2总线的分类207

6.6.3总线标准208

6.6.4总线仲裁210

6.6.5系统总线的信号组成212

6.6.6总线的性能指标216

6.6.7总线操作和定时218

6.7 I/O设备220

6.7.1概述220

6.7.2输入设备221

6.7.3输出设备224

6.7.4外存储器237

本章小结246

习题251

第7章 计算机系统结构255

7.1计算机系统结构概论255

7.1.1计算机系统结构定义255

7.1.2计算机系统结构的Flynn分类256

7.1.3计算机系统结构的发展257

7.2计算机系统结构设计259

7.2.1计算机系统结构设计的主要任务259

7.2.2计算机系统结构设计的主要方法260

7.2.3计算机系统结构设计的定量原理261

7.2.4计算机系统结构设计的性能指标262

7.2.5计算机系统结构设计中的并行处理技术263

7.3标量处理机265

7.3.1指令的重叠执行方式265

7.3.2先行控制方式的原理和结构266

7.4流水线处理机271

7.4.1流水线工作原理271

7.4.2流水线的分类273

7.4.3线性流水线的性能分析276

7.5超标量处理机和超流水线处理机279

7.5.1超标量处理机279

7.5.2超流水线处理机281

7.5.3超标量超流水线处理机283

7.6阵列处理机285

7.7向量处理机286

7.7.1向量的处理方式286

7.7.2向量处理机的结构288

7.8多处理机289

7.8.1两种多处理机结构289

7.8.2多处理机中的Cache一致性291

7.9机群系统292

7.9.1机群的基本结构和特点292

7.9.2机群的分类293

本章小结293

习题294

参考文献297