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第1章 计算机系统概述 1

1.1 第一台电子数字计算机的诞生 1

1.2 计算机发展的时代划分 2

1.3 微型计算机的发展简史——Intel CPU的发展 5

1.4 芯片的制造 8

1.4.1 从晶体管到集成电路芯片 8

1.4.2 集成电路芯片的制造过程 9

1.5 计算机系统的组成 10

1.5.1 计算机硬件组成 10

1.5.2 计算机软件组成 13

1.6 计算机系统的抽象层次结构 14

1.7 程序的开发与执行过程 16

1.7.1 计算机执行的简单实例 16

1.7.2 可执行文件在硬件上的执行 18

1.8 计算机性能评价 19

1.9 用基准程序对计算机进行性能评估 21

1.10 云计算、普适化、物联网、智能化 22

1.11 总结 24

习题 24

第2章 数字电路分析与设计基础 26

2.1 逻辑代数与数字电路的关系 26

2.2 布尔代数与数字电路的关系 27

2.2.1 基本逻辑运算 28

2.2.2 逻辑函数的定义与基本公式 30

2.2.3 逻辑函数的表示方法 31

2.2.4 逻辑函数的化简与实现 34

2.3 组合逻辑电路分析与设计 40

2.3.1 组合逻辑电路的分析 41

2.3.2 组合逻辑电路的设计 44

2.4 时序逻辑电路分析与设计 49

2.4.1 触发器 51

2.4.2 同步时序逻辑电路的分析 55

2.4.3 同步时序逻辑电路的设计 58

习题 63

第3章 计算机容易存储与处理的数据形式 66

3.1 数制和编码 66

3.1.1 进位计数制 66

3.1.2 数据格式 69

3.1.3 数的机器码表示 71

3.2 整数的表示 72

3.2.1 定点数的编码表示 72

3.2.2 无符号整数和带符号整数的表示 74

3.2.3 C语言中的整数 74

3.3 浮点数的表示 74

3.3.1 浮点数的表示范围 74

3.3.2 浮点数的规格化 75

3.3.3 C语言中的浮点数类型 75

3.4 十进制数的表示 76

3.4.1 用ASCII码字符表示 76

3.4.2 用BCD码表示 76

3.5 非数值数据的编码表示 76

3.5.1 逻辑值 77

3.5.2 西文字符 77

3.5.3 汉字字符 77

3.6 数据的宽度和存储 78

3.6.1 计算机中数据的单位 78

3.6.2 计算机中数据存储和排列 79

3.7 数据的基本运算 79

3.7.1 按位运算 79

3.7.2 逻辑运算 80

3.7.3 移位运算 80

3.7.4 整数加减运算 80

3.7.5 整数乘法运算 81

3.7.6 浮点运算 82

3.8 定点运算器的组成 83

3.8.1 寄存器组 83

3.8.2 内部总线 83

3.8.3 算术逻辑运算单元（ALU） 84

习题 85

第4章 计算机能够理解与执行的程序形式 87

4.1 程序转换概述 87

4.1.1 机器指令与汇编指令 87

4.1.2 指令集体系结构 88

4.1.3 生成机器代码的过程 89

4.2 80x86指令系统概述 92

4.2.1 指令格式 92

4.2.2 CPU寄存器组织 92

4.2.3 IA-32 CPU寄存器组织 96

4.2.4 8086寻址方式 97

4.2.5 IA-32的寻址方式 100

4.3 IA-32常用指令类型及其操作 101

4.3.1 传送指令 102

4.3.2 定点算术运算指令 105

4.3.3 按位运算指令 108

4.3.4 控制转移指令 111

4.3.5 IA-32汇编语言实例 112

4.4 C语言程序的机器级表示 113

4.4.1 过程调用语句的汇编指令表示 113

4.4.2 选择语句的汇编指令表示 114

4.4.3 循环结构和汇编指令表示 115

4.4.4 数组的分配和访问 116

习题 117

第5章 计算机执行程序的过程 119

5.1 程序执行的概述 119

5.2 CPU的基本功能和组成 122

5.3 时序控制方式与时序系统 124

5.3.1 时序控制方式 124

5.3.2 三级时序系统 124

5.4 数据通路 125

5.4.1 构造一个模型机 126

5.4.2 模型机的时序系统 127

5.4.3 微操作序列 128

5.4.4 控制器的设计 129

5.4.5 实例计算机中的数据通路 131

5.4.6 控制信号的设置 132

5.5 数据通路的发展 135

5.5.1 单总线数据通路 135

5.5.2 三总线数据通路 135

5.6 CPU的流水线技术 136

5.6.1 流水线的基本概念 137

5.6.2 流水线的特点 138

5.7 流水线中的主要问题 138

5.8 高级流水线 139

习题 140

第6章 计算机存储程序和数据的方式 141

6.1 存储器概述 141

6.1.1 存储器的基本概念 141

6.1.2 存储器的分类 141

6.1.3 存储器的层次结构 143

6.2 主存与CPU的连接 144

6.3 主存储器 146

6.3.1 概述 146

6.3.2 只读存储器 147

6.3.3 半导体随机存储器 149

6.3.4 半导体存储器的扩展 152

6.3.5 PC主存储器的物理结构 158

6.4 高速缓存 158

6.4.1 高速缓存的工作原理 160

6.4.2 高速缓存—主存地址映射及变换 161

6.4.3 高速缓存的替换算法 165

6.4.4 高速缓存的写策略 166

6.4.5 现代计算机的高速缓存结构 166

6.4.6 C语言例子 167

习题 169

第7章 计算机输入/输出程序和数据的方式 172

7.1 I/O系统概述 172

7.2 I/O硬件 174

7.2.1 I/O设备 174

7.2.2 I/O接口的基本作用 175

7.2.3 I/O接口的基本组成 176

7.2.4 I/O接口的输入/输出控制方法 176

7.2.5 I/O的编址 179

7.3 中断方式的输入/输出 181

7.3.1 中断的概念 181

7.3.2 中断的处理过程 185

7.3.3 中断控制器8259A 190

7.4 DMA方式的输入/输出 198

7.4.1 DMA的概念 198

7.4.2 DMA传送的过程 198

7.4.3 DMA控制器8237A 199

习题 210

课后习题答案 212

参考文献 239