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目录1

第一章计算机系统概论1

1.1计算机的分类和应用1

1.1.1计算机的分类1

1.1.2计算机的应用2

2.2.2补码减法3

1.2计算机的硬件6

1.2.1数字计算机的硬件组成6

1.2.2数字计算机的发展史11

1.3计算机的软件12

1.3.1软件的组成与分类12

1.3.2软件的发展演变13

1.4计算机系统的有关概念14

1.4.1计算机系统的层次结构14

1.4.2软件与硬件的逻辑等价性15

1.4.4计算机体系结构的分类16

1.4.3三个术语的物理概念16

本章小结17

习题18

第二章运算方法和运算器19

2.1数据与文字的表示方法19

2.1.1数据格式19

2.1.2数的机器码表示22

2.1.3字符与字符串的表示方法27

2.1.4汉字的表示方法28

2.1.5校验码29

2.2定点加法、减法运算30

2.2.1补码加法30

2.2.3溢出概念与检测方法33

2.2.4基本的二进制加法减法器35

2.2.5十进制加法器35

2.3.1原码并行乘法37

2.3定点乘法运算37

2.3.2补码并行乘法43

2.4定点除法运算45

2.4.1原码除法算法原理45

2.4.2并行除法器47

2.5定点运算器的组成50

2.5.1逻辑运算50

4.5.3精简指令系统 151

2.5.2多功能算术／逻辑运算单元52

2.5.3内部总线57

2.5.4定点运算器的基本结构58

2.6浮点运算方法和浮点运算器59

2.6.1浮点加法、减法运算59

2.6.2浮点乘法、除法运算62

2.6.3浮点运算流水线65

2.6.4浮点运算器实例68

习题70

本章小结70

第三章存储系统72

3.1存储器概述72

3.1.1存储器分类72

3.1.2存储器的分级结构73

3.1.3主存储器的技术指标73

3.2随机读写存储器74

3.2.1 SRAM存储器74

3.2.2 DRAM存储器81

3.2.3主存储器组成实例87

3.2.4高性能的主存储器89

3.3只读存储器和闪速存储器92

3.3.1只读存储器92

3.3.2闪速存储器95

3.4高速存储器99

3.4.1双端口存储器100

3.4.2多模块交叉存储器102

3.4.3相联存储器106

3.5 cache存储器108

3.5.1 cache基本原理108

3.5.2主存与cache的地址映射109

3.5.3替换策略113

3.5.4 cache的写操作策略114

3.5.5奔腾PC机的cache115

3.6虚拟存储器117

3.6.1虚拟存储器的基本概念117

3.6.2页式虚拟存储器118

3.6.3段式虚拟存储器119

3.6.4段页式虚拟存储器120

3.6.5替换算法122

3.6.6虚拟存储器实例123

3.7存储保护124

3.7.1存储区域保护124

3.7.2访问方式保护126

本章小结127

习题127

4.1指令系统的发展与性能要求130

4.1.1指令系统的发展130

4.1.2对指令系统性能的要求130

第四章指令系统130

4.1.3低级语言与硬件结构的关系131

4.2指令格式132

4.2.1操作码132

4.2.2地址码133

4.2.3指令字长度134

4.2.4指令助记符134

4.2.5指令格式举例135

4.3指令和数据的寻址方式137

4.3.1指令的寻址方式137

4.3.2操作数寻址方式138

4.3.3寻址方式举例142

4.4.1串联堆栈145

4.4堆栈寻址方式145

4.4.2存储器堆栈146

4.5典型指令147

4.5.1指令的分类147

4.5.2基本指令系统149

本章小结153

习题154

第五章中央处理器156

5.1 CPU的功能和组成156

5.1.1 CPU的功能156

5.1.2 CPU的基本组成156

5.1.3 CPU中的主要寄存器157

5.1.4操作控制器与时序产生器159

5.2.1指令周期的基本概念160

5.2指令周期160

5.2.2 CLA指令的指令周期161

5.2.3 ADD指令的指令周期163

5.2.4 STA指令的指令周期165

5.2.5 NOP指令和JMP指令的指令周期166

5.2.6用方框图语言表示指令周期168

5.3时序产生器和控制方式171

5.3.1时序信号的作用和体制171

5.3.2时序信号产生器172

5.3.3控制方式175

5.4微程序控制器176

5.4.1微命令和微操作176

5.4.2微指令和微程序177

5.4.3微程序控制器原理框图178

5.4.4微程序举例179

5.4.5 CPU周期与微指令周期的关系181

5.4.6机器指令与微指令的关系182

5.5微程序设计技术184

5.5.1微命令编码184

5.5.2微地址的形成方法185

5.5.3微指令格式186

5.5.4动态微程序设计188

5.6硬布线控制器188

5.7流水CPU191

5.7.1并行处理技术191

5.7.2流水CPU的结构191

5.7.3流水线中的主要问题194

5.7.4奔腾CPU196

5.8 RISC CPU198

5.8.1 RISC机器的特点198

5.8.2 RISC CPU实例199

5.9.1多媒体技术的主要问题203

5.9多媒体CPU203

5.9.2 MMX技术204

5.9.3动态执行技术207

5.10 CPU性能评价208

5.10.1 CPU性能公式208

5.10.2性能评价标准209

本章小结210

习题211

6.1.1总线的基本概念213

第六章总线系统213

6.1总线的概念和结构形态213

6.1.2总线的连接方式214

6.1.3总线结构对计算机系统性能的影响216

6.1.4总线的内部结构217

6.1.5总线结构实例218

6.2总线接口220

6.2.1信息的传送方式220

6.2.2接口的基本概念221

6.3.1总线的仲裁222

6.3总线的仲裁、定时和数据传送模式222

6.3.2总线的定时224

6.3.3总线数据传送模式226

6.4 PCI总线228

6.4.1多总线结构228

6.4.2 PCI总线信号229

6.4.3总线周期类型229

6.4.4总线周期操作231

6.4.5总线仲裁233

6.5 ISA总线和Futurebus+总线233

6.5.1 ISA总线233

6.5.2 Futurebus+总线234

本章小结234

习题235

7.1.2外围设备的分类237

7.1.1外围设备的一般功能237

第七章外围设备237

7.1外围设备概述237

7.2显示设备238

7.2.1显示设备的分类与有关概念238

7.2.2字符／图形显示器240

7.2.3图像显示设备243

7.2.4 IBM PC系列机的显示系统244

7.3输入设备和打印设备247

7.3.1输入设备247

7.3.2打印设备248

7.4硬磁盘存储设备251

7.4.1磁记录原理与记录方式251

7.4.2硬磁盘机的基本组成和分类254

7.4.3硬磁盘驱动器和控制器255

7.4.4磁盘上信息的分布257

7.4.5磁盘存储器的技术指标258

7.5软磁盘存储设备259

7.5.1软磁盘存储器与硬磁盘存储器的异同259

7.5.2软磁盘片260

7.5.3软盘的记录格式261

7.5.4软磁盘驱动器和控制器262

7.6磁带存储设备263

7.6.1磁带机的分类和结构263

7.6.2磁带的记录格式263

7.7光盘存储设备265

7.7.1光盘的分类265

7.7.2 CD-ROM光盘266

7.7.3 CD-ROM驱动器及其接口268

本章小结268

习题269

8.1 CPU对外围设备的管理方式271

第八章输入输出系统271

8.2程序中断方式273

8.2.1中断的基本概念273

8.2.2程序中断方式的基本接口275

8.2.3单级中断276

8.2.4多级中断278

8.2.5中断控制器281

8.2.6 Pentium中断机制282

8.3.1 DMA的基本概念284

8.3DMA方式284

8.3.2 DMA传送方式285

8.3.3基本的DMA控制器286

8.3.4选择型和多路型DMA控制器289

8.4通道方式293

8.4.1通道的功能293

8.4.2通道的类型294

8.5.1并行I/O标准接口SCSI296

8.5通用I/O标准接口296

8.4.3通道结构的发展296

8.5.2串行I/O标准接口IEEE 1394298

本章小结300

习题301

第九章并行组织303

9.1体系结构中的并行性303

9.1.1并行性的概念303

9.1.2提高并行性的技术途径304

9.1.3单机系统中并行性的发展304

9.1.4多机系统中并行性的发展304

9.2互连网络305

9.2.1互连网络的功能和特征305

9.2.2静态互连网络306

9.2.3动态互连网络308

9.3向量处理机312

9.3.1向量处理的基本概念312

9.3.2向量处理机的结构315

9.4阵列处理机319

9.4.1阵列处理机的操作模型和特点319

9.4.2阵列处理机的结构320

9.4.3阵列处理机实例322

9.5多处理机系统325

9.5.1多处理机系统的特点和分类325

9.5.2多处理机的Cache一致性328

9.5.3多处理机系统实例330

9.6机群系统333

9.6.1机群系统的基本概念与结构333

9.6.2机群实例335

本章小结338

习题338

附录A配套教材与教学设备341

附录B与同行交流342

参考文献344