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第1章 计算机系统概述1

1.1 计算机发展历程1

1.1.1 计算机硬件的发展1

1.1.2 计算机软件的发展2

1.1.3 计算机的分类与发展方向2

1.1.4 本节习题精选3

1.1.5 答案与解析3

1.2 计算机系统层次结构4

1.2.1 计算机系统的组成4

1.2.2 计算机硬件的基本组成4

1.2.3 计算机软件的分类7

1.2.4 计算机的工作过程7

1.2.5 计算机系统的多级层次结构8

1.2.6 本节习题精选8

1.2.7 答案与解析10

1.3 计算机的性能指标12

1.3.1 计算机的主要性能指标12

1.3.2 几个专业术语的概念14

1.3.3 本节习题精选14

1.3.4 答案与解析17

1.4 本章小结20

1.5 常见问题和易混淆知识点21

第2章 数据的表示和运算23

2.1 数制与编码24

2.1.1 进位计数制及其相互转换24

2.1.2 真值和机器数26

2.1.3 BCD码26

2.1.4 字符与字符串26

2.1.5 校验码27

2.1.6 本节习题精选30

2.1.7 答案与解析32

2.2 定点数的表示与运算34

2.2.1 定点数的表示34

2.2.2 定点数的运算38

2.2.3 强制类型转换45

2.2.4 本节习题精选46

2.2.5 答案与解析52

2.3 浮点数的表示与运算59

2.3.1 浮点数的表示59

2.3.2 浮点数的加减运算62

2.3.3 本节习题精选63

2.3.4 答案与解析68

2.4 算术逻辑单元ALU75

2.4.1 串行加法器和并行加法器76

2.4.2 算术逻辑单元的功能和结构79

2.4.3 本节习题精选80

2.4.4 答案与解析81

2.5 本章小结82

2.6 常见问题和易混淆知识点83

第3章 存储系统86

3.1 存储器的层次结构87

3.1.1 存储器的分类87

3.1.2 存储器的性能指标88

3.1.3 本节习题精选88

3.1.4 答案与解析89

3.2 存储器的层次化结构90

3.2.1 多级存储系统90

3.2.2 本节习题精选90

3.2.3 答案与解析91

3.3 半导体随机存储器92

3.3.1 半导体存储芯片92

3.3.2 SRAM存储器和DRAM存储器93

3.3.3 只读存储器95

3.3.4 本节习题精选96

3.3.5 答案与解析98

3.4 主存储器与CPU的连接100

3.4.1 连接原理100

3.4.2 主存容量的扩展101

3.4.3 存储芯片的地址分配和片选103

3.4.4 存储器与CPU的连接103

3.4.5 本节习题精选104

3.4.6 答案与解析106

3.5 双口RAM和多模块存储器111

3.5.1 双端口RAM111

3.5.2 多模块存储器112

3.5.3 本节习题精选114

3.5.4 答案与解析115

3.6 高速缓冲存储器117

3.6.1 程序访问的局部性原理117

3.6.2 Cache的基本工作原理118

3.6.3 Cache和主存的映射方式119

3.6.4 Cache中主存块的替换算法121

3.6.5 Cache写策略122

3.6.6 本节习题精选122

3.6.7 答案与解析126

3.7 虚拟存储器133

3.7.1 虚拟存储器的基本概念133

3.7.2 页式虚拟存储器134

3.7.3 段式虚拟存储器134

3.7.4 段页式虚拟存储器135

3.7.5 快表TLB135

3.7.6 虚拟存储器与Cache的比较136

3.7.7 本节习题精选136

3.7.8 答案与解析139

3.8 本章小结144

3.9 常见问题和易混淆知识点145

第4章 指令系统147

4.1 指令格式147

4.1.1 指令的基本格式147

4.1.2 定长操作码指令格式149

4.1.3 扩展操作码指令格式149

4.1.4 本节习题精选150

4.1.5 答案与解析152

4.2 指令寻址方式154

4.2.1 指令寻址和数据寻址155

4.2.2 常见的数据寻址方式155

4.2.3 本节习题精选159

4.2.4 答案与解析165

4.3 CISC和RISC的基本概念170

4.3.1 复杂指令系统计算机CISC171

4.3.2 精简指令系统计算机RISC171

4.3.3 CISC和RISC的比较171

4.3.4 本节习题精选172

4.3.5 答案与解析173

4.4 本章小结174

4.5 常见问题和易混淆知识点174

第5章 中央处理器177

5.1 CPU的功能和基本结构177

5.1.1 CPU的功能177

5.1.2 CPU的基本结构178

5.1.3 本节习题精选179

5.1.4 答案与解析181

5.2 指令执行过程183

5.2.1 指令周期183

5.2.2 指令周期的数据流184

5.2.3 指令执行方案186

5.2.4 本节习题精选186

5.2.5 答案与解析188

5.3 数据通路的功能和基本结构190

5.3.1 数据通路的功能190

5.3.2 数据通路的基本结构190

5.3.3 本节习题精选192

5.3.4 答案与解析197

5.4 控制器的功能和工作原理202

5.4.1 控制器的结构和功能202

5.4.2 硬布线控制器202

5.4.3 微程序控制器206

5.4.4 本节习题精选211

5.4.5 答案与解析215

5.5 指令流水线219

5.5.1 指令流水线的基本概念219

5.5.2 流水线的分类221

5.5.3 影响流水线的因素222

5.5.4 流水线的性能指标223

5.5.5 超标量流水线的基本概念224

5.5.6 本节习题精选225

5.5.7 答案与解析230

5.6 本章小结236

5.7 常见问题和易混淆知识点238

第6章 总线239

6.1 总线概述239

6.1.1 总线基本概念239

6.1.2 总线的分类240

6.1.3 系统总线的结构240

6.1.4 总线的性能指标242

6.1.5 本节习题精选242

6.1.6 答案与解析245

6.2 总线仲裁248

6.2.1 集中仲裁方式248

6.2.2 分布仲裁方式250

6.2.3 本节习题精选250

6.2.4 答案与解析251

6.3 总线操作和定时252

6.3.1 总线传输的4个阶段252

6.3.2 同步定时方式252

6.3.3 异步定时方式252

6.3.4 本节习题精选253

6.3.5 答案与解析254

6.4 总线标准255

6.4.1 常见的总线标准255

6.4.2 本节习题精选256

6.4.3 答案与解析257

6.5 本章小结257

6.6 常见问题和易混淆知识点258

第7章 输入/输出系统259

7.1 I/O系统基本概念259

7.1.1 输入/输出系统259

7.1.2 I/O控制方式260

7.1.3 本节习题精选260

7.1.4 答案与解析261

7.2 外部设备261

7.2.1 输入设备261

7.2.2 输出设备261

7.2.3 外存储器263

7.2.4 本节习题精选265

7.2.5 答案与解析267

7.3 I/O接口268

7.3.1 I/O接口的功能269

7.3.2 I/O接口的基本结构269

7.3.3 I/O接口的类型270

7.3.4 I/O端口及其编址270

7.3.5 本节习题精选270

7.3.6 答案与解析271

7.4 I/O方式272

7.4.1 程序查询方式273

7.4.2 程序中断方式273

7.4.3 DMA方式278

7.4.4 本节习题精选281

7.4.5 答案与解析287

7.5 本章小结294

7.6 常见问题和易混淆知识点295

参考文献297