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第1章 计算机系统概述 1

1.1 计算机系统的硬件与软件 1

1.1.1 计算机硬件和软件的概念 1

1.1.2 计算机的硬件 2

1.1.3 计算机程序、指令和语言 5

1.2 计算机系统的层次结构 7

1.3 计算机的分类及其应用 7

1.3.1 计算机的分类 7

1.3.2 计算机的应用 8

1.4 计算机的特点和主要性能指标 10

1.4.1 计算机的特点 10

1.4.2 计算机的性能指标 12

1.5 电子计算机的发展 13

1.5.1 电子计算机的发展历史 13

1.5.2 微型计算机的发展 15

1.5.3 计算机的发展趋势 16

1.5.4 我国计算机产业的发展 18

习题1 20

第2章 信息编码及在计算机中的表示 22

2.1 信息的数字化编码 22

2.2 进位计数制及其相互转换 22

2.2.1 常用的进位计数制 23

2.2.2 常用进位计数制间的相互转换 24

2.3 非数值数据的表示 27

2.3.1 字符数据的表示 27

2.3.2 汉字编码 29

2.4 数值数据的表示和运算 34

2.4.1 机器数 34

2.4.2 定点数的原码、反码、补码和移码 38

2.4.3 定点数和浮点数 41

2.4.4 十进制数的编码 43

2.5 数据校验码 47

2.5.1 码制的距离 47

2.5.2 奇偶校验码 47

2.5.3 汉明校验码 48

2.5.4 循环冗余校验码 50

习题2 52

第3章 计算机的基本器件 55

3.1 逻辑代数与逻辑电路 55

3.1.1 逻辑代数 55

3.1.2 基本逻辑电路 59

3.2 组合逻辑电路 60

3.2.1 加法器 60

3.2.2 算术逻辑单元 62

3.2.3 译码器 62

3.2.4 数据选择器 63

3.3 时序逻辑电路 64

3.3.1 触发器 64

3.3.2 寄存器 66

3.3.3 计数器 68

3.4 总线缓冲器和总线控制器 69

3.4.1 总线缓冲器 69

3.4.2 总线控制器 70

3.5 时钟发生器 70

3.5.1 时钟发生器芯片8284介绍 70

3.5.2 8284与CPU的连接 71

习题3 72

第4章 机器数的运算方法及运算器 74

4.1 机器数的加减运算及其实现 74

4.1.1 原码加法 74

4.1.2 补码加法 75

4.1.3 减法运算 78

4.1.4 补码加减运算线路的实现 79

4.2 定点乘法及其实现 80

4.2.1 原码一位乘法及其实现 80

4.2.2 定点补码一位乘法及其实现 82

4.2.3 原码两位乘法 85

4.2.4 补码两位乘法 86

4.3 定点除法及其实现 88

4.3.1 定点原码除法 88

4.3.2 定点补码除法 91

4.4 浮点数的算术运算 92

4.4.1 浮点数的补码加法运算 92

4.4.2 浮点数的乘法运算 93

4.4.3 浮点数的除法运算 93

4.5 运算器的组成和结构 94

4.5.1 算术逻辑单元ALU 94

4.5.2 通用寄存器组 96

4.5.3 状态寄存器 97

4.5.4 数据通路 97

4.5.5 运算器的基本结构 100

4.5.6 运算器组成实例 102

4.6 浮点运算器 103

4.6.1 80387的主要性能 103

4.6.2 80387的内部结构 104

4.6.3 80387的硬件特性 106

4.6.4 协处理器的工作方式 107

习题4 107

第5章 指令系统 110

5.1 机器指令的格式 110

5.1.1 指令的含义 110

5.1.2 指令格式 110

5.1.3 指令格式举例 112

5.1.4 指令操作码的编码格式 113

5.1.5 指令字长度与机器字长的关系 114

5.1.6 指令助记符 115

5.2 寻址方式 115

5.2.1 寻址方式和有效地址的概念 115

5.2.2 基本寻址方式 116

5.2.3 寻址方式举例 119

5.3 指令的种类 120

5.3.1 数据传送类指令 120

5.3.2 算术逻辑运算类指令 122

5.3.3 字符串处理指令 123

5.3.4 输入／输出（I/O）指令 123

5.3.5 特权指令和陷阱指令 124

5.3.6 转移指令 124

5.3.7 子程序调用指令 126

5.3.8 处理器控制指令 126

5.4 指令的执行方式 126

5.4.1 指令的顺序执行方式 127

5.4.2 重叠执行方式 127

5.4.3 流水线方式 128

5.4.4 指令的执行过程 128

5.5 精简指令系统计算机（RISC）的指令系统 132

5.5.1 RISC的由来与发展 132

5.5.2 RISC的特点 132

5.5.3 RISC指令系统举例 133

习题5 135

第6章 计算机的存储系统 139

6.1 存储器与存储系统概述 139

6.1.1 存储器的作用 139

6.1.2 存储器分类 140

6.1.3 存储器的层次结构 142

6.2 主存储器 143

6.2.1 主存储器的性能技术指标 143

6.2.2 随机存取存储器 144

6.2.3 只读存储器 157

6.3 并行主存储器 161

6.4 高速缓冲存储器 163

6.4.1 高速缓冲存储器的工作原理 164

6.4.2 高速缓冲器的组织与管理 166

6.5 虚拟存储器 169

6.5.1 虚拟存储器的基本概念 169

6.5.2 页式虚拟存储器 170

6.5.3 段式虚拟存储器 173

6.5.4 段页式虚拟存储器 174

6.6 存储保护 175

6.6.1 存储区域保护 175

6.6.2 访问方式保护 177

习题6 178

第7章 中央处理器 180

7.1 CPU的功能及组成 180

7.1.1 CPU的功能 180

7.1.2 CPU的组成 180

7.1.3 CPU中的主要寄存器 181

7.1.4 操作控制器和时序产生器 183

7.2 指令周期 184

7.2.1 指令周期的基本概念 184

7.2.2 非访内指令的指令周期 186

7.2.3 直接访内指令的指令周期 188

7.2.4 间接访内指令的指令周期 190

7.2.5 程序控制指令的指令周期 192

7.3 组合逻辑控制器 192

7.3.1 组合逻辑控制器原理 192

7.3.2 组合逻辑控制器举例 193

7.4 微程序控制器 196

7.4.1 微程序控制器的基本原理 196

7.4.2 微指令结构 198

7.4.3 串／并行微程序控制 203

7.4.4 动态微程序设计 204

7.4.5 毫微程序设计 204

7.5 门阵列控制器 206

7.5.1 通用可编程逻辑器件 206

7.5.2 门阵列控制器 207

7.6 流水线处理器 209

7.6.1 流水线原理 209

7.6.2 流水线分类 211

7.6.3 流水线中的相关问题 212

7.7 RISC硬件结构 214

7.7.1 RISC的特点 215

7.7.2 RISC CPU 215

7.7.3 RISC寄存器 217

7.8 CPU的发展 218

7.8.1 CPU采用的新技术 218

7.8.2 CPU的新发展 220

习题7 225

第8章 总线结构 227

8.1 总线概述 227

8.1.1 总线原理 227

8.1.2 总线结构类型 228

8.1.3 总线的分类 229

8.1.4 数据总线、地址总线和控制总线 231

8.2 总线的组成 232

8.2.1 总线驱动和三态门 232

8.2.2 总线控制 233

8.2.3 总线通信 235

8.2.4 出错处理 237

8.3 微机总线 237

8.3.1 工业标准总线ISA 237

8.3.2 微通道总线MCA 238

8.3.3 扩充的工业标准总线EISA 239

8.3.4 局部总线PCI 239

8.3.5 AGP总线 240

8.3.6 通用串行总线USB 240

习题8 242

第9章 外围设备 244

9.1 外围设备概述 244

9.1.1 什么是外围设备 244

9.1.2 外围设备的分类和功能 244

9.1.3 外围设备与主机系统的联系 247

9.1.4 外围设备的发展方向 248

9.2 输入设备 249

9.2.1 键盘 249

9.2.2 图形输入设备 253

9.2.3 其他输入设备 254

9.3 显示设备 256

9.3.1 显示设备分类及显示技术的有关术语 256

9.3.2 字符显示器 258

9.3.3 图形显示器 261

9.3.4 图像显示器 263

9.4 打印机 263

9.4.1 打印机的分类 263

9.4.2 点阵针式打印机 264

9.4.3 激光打印机 267

9.4.4 喷墨打印机 268

9.5 磁记录设备 269

9.5.1 磁记录设备概述 269

9.5.2 硬磁盘存储器 273

9.5.3 软磁盘存储器 277

9.5.4 磁带存储器 280

9.6 光盘存储器 282

9.6.1 概述 282

9.6.2 光盘存储器的组成 283

9.6.3 光盘工作原理 283

9.7 移动存储设备 284

9.7.1 移动存储设备的分类 284

9.7.2 爱国者“迷你王” 285

9.7.3 快闪存储器 286

习题9 287

第10章 输入／输出系统 289

10.1 I/O系统概述 289

10.1.1 I/O系统的功能与组成 289

10.1.2 输入／输出设备的寻址方式 290

10.1.3 输入／输出数据传输控制方式 291

10.2 程序查询输入／输出方式 292

10.2.1 程序查询方式的接口 292

10.2.2 程序查询输入／输出方式 292

10.3 程序中断输入／输出方式 293

10.3.1 中断的基本概念 293

10.3.2 中断方式的接口 295

10.3.3 中断的响应和处理 295

10.3.4 多级中断 296

10.4 DMA方式 298

10.4.1 DMA方式的基本概念 298

10.4.2 DMA传送方式 299

10.4.3 基本的DMA控制器 300

10.4.4 DMA工作过程 301

10.5 通道方式 302

10.5.1 通道的作用和功能 302

10.5.2 通道的种类 303

10.5.3 通道的工作过程 303

习题10 304

第11章 计算机组成实验指南 307

11.1 THJZ-1型计算机组成原理实验系统概述 307

11.1.1 引言 307

11.1.2 系统组成与特点 307

11.1.3 系统通用电路简介 308

11.1.4 系统控制信号定义及说明 310

11.1.5 系统技术指标 312

11.1.6 系统使用与初始化 312

11.2 实验内容 314

11.2.1 实验一 运算器组成实验 314

11.2.2 实验二 存储器实验 316

11.2.3 实验三 数据通路实验 318

11.2.4 实验四 微程序控制实验 319

11.2.5 实验五 计算机组成与指令周期实验 322

11.3 集成电路说明及其他 327

11.3.1 集成电路说明 327

11.3.2 微指令代码表 329

11.3.3 8位数据通路原理图 329

参考文献 332