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第1章 计算机系统概述1

1.1 计算机的发展历程1

1.2 计算机硬件的基本组成2

1.2.1 主存储器2

1.2.2 运算器3

1.2.3 控制器3

1.2.4 输入输出设备3

1.2.5 计算机的总线结构4

1.3 程序设计语言和计算机的层次结构4

1.4 计算机的主要性能指标6

1.4.1 机器字长6

1.4.2 运行速度6

习题7

第2章 运算方法与运算器8

2.1 数制与编码8

2.1.1 进位计数制及其相互转换8

2.1.2 机器数的表示10

2.1.3 十进制数的二进制编码14

2.1.4 非数值数据的表示16

2.1.5 数据信息的校验19

2.2 机器数的定点表示和浮点表示25

2.2.1 定点数的表示25

2.2.2 浮点数的表示26

2.3 定点数加减法运算28

2.3.1 加法器及其进位链28

2.3.2 原码加减运算方法32

2.3.3 补码加减运算方法33

2.3.4 补码加减运算的逻辑实现36

2.4 定点数移位运算37

2.5 定点乘法运算38

2.5.1 原码乘法运算39

2.5.2 补码乘法运算44

2.5.3 阵列乘法器49

2.6 定点除法运算50

2.6.1 原码除法运算50

2.6.2 补码除法运算55

2.6.3 阵列除法器57

2.7 浮点数的四则运算59

2.7.1 浮点加减运算59

2.7.2 浮点乘除运算61

2.8 运算器的组织64

2.8.1 逻辑运算与算术逻辑单元ALU64

2.8.2 定点运算器的组成与结构66

2.8.3 浮点运算器的组成与结构70

习题71

第3章 存储器和存储体系73

3.1 存储器概述73

3.1.1 存储器的分类73

3.1.2 存储器的性能指标75

3.2 半导体随机存取存储器75

3.2.1 静态随机存取存储位元76

3.2.2 动态随机存取存储位元77

3.2.3 半导体随机存取存储芯片79

3.2.4 高级DRAM86

3.3 半导体只读存储器89

3.3.1 掩模型只读存储器89

3.3.2 一次可编程只读存储器90

3.3.3 可擦除可编程只读存储器90

3.3.4 电可擦除可编程只读存储器91

3.3.5 Flash存储器92

3.4 主存储器的组织93

3.4.1 主存储器容量的扩充93

3.4.2 主存储器的编址方式96

3.5 并行存储器98

3.5.1 双端口存储器98

3.5.2 多模块交叉存储器98

3.5.3 相联存储器100

3.6 高速缓冲存储器cache101

3.6.1 cache的基本原理101

3.6.2 地址映像101

3.6.3 替换算法106

3.6.4 cache的读写策略107

3.7 虚拟存储器108

3.7.1 虚拟存储器的基本概念108

3.7.2 页式虚拟存储器109

3.7.3 段式虚拟存储器110

3.7.4 段页式虚拟存储器112

3.7.5 快表与慢表112

3.8 存储体系的层次结构113

习题114

第4章 指令系统116

4.1 指令系统的基本概念116

4.1.1 指令和指令系统116

4.1.2 指令的格式117

4.1.3 指令的类型121

4.2 寻址方式125

4.2.1 数据寻址125

4.2.2 指令寻址130

4.3 RISC技术131

4.3.1 RISC的产生及发展131

4.3.2 RISC的主要特征132

4.3.3 RISC与CISC的比较133

4.4 指令系统设计举例135

4.4.1 JU-C1模型机指令系统135

4.4.2 JU-C1模型机汇编程序设计举例139

习题140

第5章 控制器和中央处理器141

5.1 控制器概述141

5.1.1 控制器基本组成141

5.1.2 控制器的工作过程142

5.1.3 控制器的实现方式143

5.2 模型机CPU的数据通路143

5.3 指令执行流程145

5.3.1 取指令阶段145

5.3.2 取操作数阶段146

5.3.3 执行阶段147

5.3.4 指令执行的微操作序列举例147

5.4 组合逻辑控制器150

5.4.1 同步控制和异步控制150

5.4.2 多级时序系统151

5.4.3 组合逻辑控制器的设计154

5.5 微程序控制器157

5.5.1 微程序控制基本原理157

5.5.2 微指令编码方式159

5.5.3 微程序的顺序控制162

5.5.4 微程序控制的时序163

5.6 模型机的微程序控制器设计165

5.6.1 微指令编码设计165

5.6.2 微地址形成逻辑166

5.6.3 微程序设计举例169

5.7 流水线技术172

5.7.1 流水线的基本原理172

5.7.2 流水线的性能指标173

5.7.3 流水线的分类173

5.7.4 指令流水线的相关与冲突174

5.7.5 超标量与超流水线176

习题177

第6章 输入输出系统181

6.1 常用输入设备和输出设备181

6.1.1 输入设备181

6.1.2 输出设备184

6.2 辅助存储器190

6.2.1 磁记录原理及记录方式190

6.2.2 磁盘存储器193

6.2.3 磁带存储器201

6.2.4 光盘存储器202

6.3 输入输出接口205

6.3.1 接口概述206

6.3.2 接口功能和组成206

6.3.3 I/O端口的编址方式208

6.3.4 接口的类型209

6.3.5 I/O接口与主机之间信息传送的控制方式209

6.4 程序查询控制方式210

6.4.1 基本概念210

6.4.2 程序查询方式的工作流程210

6.4.3 程序查询方式的接口组成211

6.5 程序中断方式213

6.5.1 中断的基本概念213

6.5.2 中断的基本过程和相关概念215

6.5.3 中断优先级216

6.5.4 中断响应218

6.5.5 中断服务程序入口地址的获取219

6.5.6 中断嵌套和中断屏蔽221

6.6 直接存储器存取（DMA）方式225

6.6.1 DMA方式的基本概念225

6.6.2 DMA方式的传送过程226

6.6.3 DMA的传送方式227

6.6.4 DMA的接口组成229

6.7 I/O通道控制方式230

6.7.1 通道的基本概念230

6.7.2 通道的功能230

6.7.3 通道的类型231

6.7.4 通道的工作过程233

6.7.5 通道结构的发展234

习题234

第7章 系统总线237

7.1 总线概述237

7.1.1 总线的特性及性能指标238

7.1.2 总线的分类239

7.1.3 系统总线标准化240

7.1.4 系统总线的结构形式242

7.2 系统总线仲裁方式244

7.2.1 总线争用和仲裁的定义244

7.2.2 集中式总线仲裁245

7.2.3 分布式总线仲裁247

7.3 系统总线操作时序和操作方式248

7.3.1 操作时序的类型249

7.3.2 系统总线操作方式253

7.4 典型微机系统总线结构举例254

7.4.1 ISA总线结构254

7.4.2 PCI总线结构254

7.4.3 PCI Express总线结构258

习题261