计算机组织与结构PDF电子书下载

第1章 概论 1

1.1 电子计算机与存储程序控制 1

1.1.1 电子计算机的发展概述 1

1.1.2 存储程序概念 2

1.1.3 计算机的硬件组成 3

1.2 计算机系统 6

1.2.1 计算机软件的基本内容 6

1.2.2 硬件与软件的关系 7

1.2.3 计算机系统的多层次结构 8

1.2.4 不同对象观察到的计算机硬件系统 9

1.3 计算机的工作过程与性能 11

1.3.1 计算机的工作过程 11

1.3.2 计算机的主要性能指标 11

1.3.3 计算机系统的性能评价 13

1.4 计算机系统结构 13

1.4.1 系统结构概念 13

1.4.2 计算机组成和系统结构 14

1.4.3 计算机按系统结构分类 15

第2章 数据表示与信息编码 18

2.1 数制与编码 18

2.1.1 进位计数制的基本概念 18

2.1.2 计算机中常用的进位计数制 19

2.1.3 各种数制间的相互转换 21

2.1.4 十进制数的编码(二—十进制编码) 23

2.2 数值数据的表示 24

2.2.1 无符号数和带符号数 24

2.2.2 原码表示法 25

2.2.3 补码表示法 26

2.2.4 反码表示法 27

2.2.5 三种码制的比较与转换 27

2.3 数的定点表示与浮点表示 29

2.3.1 定点表示法 29

2.3.2 浮点表示法 30

2.3.3 浮点数阶码的移码表示法 32

2.3.4 实用浮点数举例 33

2.4 非数值数据的表示 34

2.4.1 ASCII字符编码方法 34

2.4.2 统一代码(Unicode) 35

2.4.3 汉字的编码方法 36

2.5 现代微机系统中的数据表示举例 38

2.6 奇偶校验码 40

2.6.1 奇偶校验概念 40

2.6.2 简单奇偶校验 40

2.6.3 交叉奇偶校验 41

第3章 计算机中的逻辑部件 45

3.1 逻辑代数基础 45

3.1.1 逻辑变量及基本逻辑运算 45

3.1.2 逻辑代数的运算公式和规则 49

3.1.3 逻辑函数的标准形式 50

3.2.1 逻辑函数的代数法化简 52

3.2 逻辑函数的化简 52

3.2.2 逻辑函数的图解法化简 53

3.3 组合逻辑电路 56

3.3.1 编码器 56

3.3.2 译码器 57

3.3.3 数据选择器与数据分配器 60

3.3.4 加法器 62

3.3.5 进位的产生和传递 63

3.4.2 单向和双向总线电路 64

3.4 总线电路 64

3.4.1 三态门 64

3.5 时序逻辑电路 65

3.5.1 触发器 65

3.5.2 寄存器 68

3.5.3 锁存器 68

3.5.4 移位寄存器 69

3.5.5 计数器 70

3.6.2 可编程器件 71

3.6.1 用户定制电路 71

3.6 可编程逻辑器件PLD 71

3.6.3 可编程只读存储器(PROM) 72

3.6.4 可编程逻辑阵列(PLA) 74

3.6.5 可编程阵列逻辑(PAL)和通用阵列逻辑(GAL) 75

第4章 指令系统 78

4.1 指令格式 78

4.1.1 机器指令的基本格式 78

4.1.2 地址码结构 78

4.1.3 指令的操作码 81

4.2 寻址技术 83

4.2.1 编址方式 83

4.2.2 基本寻址方式 84

4.3 堆栈与堆栈操作 90

4.3.1 堆栈结构 90

4.3.2 堆栈操作 91

4.4.1 数据传送类指令 92

4.4 指令类型 92

4.4.2 运算类指令 93

4.4.3 程序控制类指令 95

4.4.4 输入输出类指令 96

4.4.5 80X86指令系统举例 96

4.5 汇编语言程序设计 101

4.5.1 汇编语言程序 101

4.5.2 分支/循环程序设计 101

4.6.1 指令格式的优化 103

4.6 指令系统的优化和发展 103

4.6.2 从复杂指令系统到精简指令系统 105

第5章 运算器 109

5.1 定点加减运算 109

5.1.1 补码加减运算 109

5.1.2 补码的溢出判断与检测方法 110

5.1.3 补码定点加减运算的实现 112

5.2 定点乘除运算 113

5.2.1 补码的移位运算 113

5.2.2 定点乘法运算 114

5.2.3 定点除法运算 117

5.2.4 阵列乘法器和阵列除法器 119

5.3 规格化浮点运算 122

5.3.1 浮点加减运算 122

5.3.2 浮点乘除运算 124

5.4 运算器的基本组成与实例 125

5.4.1 运算器结构 125

5.4.2 并行加法器的快速进位 127

5.4.3 ALU举例 130

5.4.4 浮点运算器举例 132

第6章 中央处理部件 136

6.1 控制器的基本概念 136

6.1.1 控制器的组成 136

6.1.2 控制器的硬件实现方法 138

6.2 时序系统与控制方式 139

6.2.1 时序系统 139

6.2.2 控制方式 142

6.3 CPU的总体结构 143

6.3.1 CPU的主要技术参数 143

6.3.2 CPU专用寄存器的设置 144

6.3.3 指令执行的基本过程 146

6.3.4 指令的微操作序列 147

6.4 微程序控制原理 149

6.4.1 微程序控制的基本概念 149

6.4.2 微指令编码法 150

6.4.3 微程序控制器的组成和工作过程 153

6.4.4 微程序入口地址的形成 154

6.4.5 后继微地址的形成 155

6.4.6 微程序设计 156

6.5 控制单元的设计 159

6.5.1 简单的CPU模型 159

6.5.2 组合逻辑控制单元设计 161

6.5.3 微程序控制单元设计 165

6.6.1 8086微处理器 168

6.6 典型CPU介绍 168

6.6.2 80386微处理器 170

6.6.3 Pentium系列微处理器 174

第7章 内存储器与存储系统 180

7.1 存储器的基本概念 180

7.1.1 存储器分类 180

7.1.2 存储系统层次结构 182

7.2 半导体随机存储器和只读存储器 183

7.2.1 半导体随机存储器(RAM) 183

7.2.2 半导体只读存储器(ROM) 185

7.2.3 动态RAM的刷新 187

7.2.4 半导体存储器的封装 189

7.3 内存储器的组成与控制 190

7.3.1 内存储器的主要技术指标 190

7.3.2 内存储器的存储单元和内存储器的基本结构 191

7.3.3 内存容量的扩展 193

7.3.4 内存储器和CPU的连接 196

7.3.5 内存的校验 198

7.3.6 数据通路匹配和存储器接口 199

7.4 提高内存读写速度的技术 203

7.4.1 FPM DRAM(fast page mode DRAM) 203

7.4.2 EDO DRAM(extended data output DRAM) 203

7.4.3 SDRAM(synchronous DRAM，同步DRAM) 204

7.4.4 DDR SDRAM(double data rate SDRAM) 204

7.4.5 Rambus DRAM 205

7.5.2 并行内存 206

7.5.1 双端口存储器 206

7.5 双端口存储器和并行存储器 206

7.6 高速缓冲存储器 209

7.6.1 高速缓存工作原理 209

7.6.2 cache的读写操作 210

7.6.3 地址映像 210

7.6.4 替换算法 213

7.6.5 PC机中cache技术的实现 213

7.7.1 虚拟存储器的基本概念 214

7.7 虚拟存储器 214

7.7.2 页式虚拟存储器 215

7.7.3 段式虚拟存储器 216

7.7.4 段页式虚拟存储器 217

第8章 外部设备 221

8.1 外部设备概述 221

8.1.1 外部设备的分类 221

8.1.2 外部设备的地位和作用 222

8.2 磁记录原理 223

8.2.1 磁表面存储器的读写 223

8.2.2 磁表面存储器的技术指标 224

8.2.3 数字磁记录方式 225

8.3 磁盘存储器 228

8.3.1 硬盘存储器的基本结构与分类 228

8.3.2 硬盘驱动器 228

8.3.3 硬盘的信息分布和磁盘地址 229

8.3.4 硬盘存储器参数指标 231

8.3.5 硬盘控制逻辑 232

8.3.6 硬盘的分区域记录 233

8.3.7 软磁盘存储器 234

8.4 磁盘阵列(RAID) 235

8.4.1 RAID简介 235

8.4.2 RAID的分级 236

8.5 光盘存储器 237

8.5.1 光盘存储器的类型 237

8.5.2 光盘存储器的组成及工作原理 238

8.5.3 光盘驱动器 240

8.6 键盘输入设备 241

8.6.1 键开关与键盘类型 241

8.6.2 键盘扫描 242

8.6.3 微型机键盘 243

8.7 其他输入设备 245

8.7.1 鼠标器 245

8.7.2 扫描仪 247

8.8 打印输出设备 249

8.8.1 打印机概述 249

8.8.2 打印机的主要性能指标 250

8.8.3 针式打印机工作原理 251

8.8.4 喷墨打印机工作原理 253

8.8.5 激光打印机工作原理 254

8.9 显示设备 255

8.9.1 显示器概述 255

8.9.2 CRT显示器 256

8.9.3 字符显示器的工作原理 259

8.9.4 图形显示器的工作原理 262

8.9.5 视频显示标准 263

第9章 输入输出系统 268

9.1 主机与外设的连接 268

9.1.1 输入输出接口 268

9.1.2 接口的功能和基本组成 269

9.1.3 外设的识别与端口寻址 271

9.1.4 输入输出信息传送控制方式 273

9.2 程序查询方式及其接口 274

9.2.1 程序查询方式 274

9.2.2 程序查询方式接口 275

9.3 中断系统 277

9.3.1 中断的基本概念 277

9.3.2 中断请求和中断判优 280

9.3.3 中断响应和中断处理 282

9.3.4 多重中断与中断屏蔽 285

9.3.5 中断全过程 289

9.3.6 程序中断接口结构 290

9.3.7 中断控制器8259 291

9.4 DMA方式及其接口 296

9.4.1 DMA方式的基本概念 296

9.4.2 DMA接口 298

9.4.3 DMA传送方法与传送过程 300

9.4.4 DMA控制器8237的基本结构 302

9.4.5 8237的工作方式 304

9.5 通道控制方式 305

9.5.1 通道的基本概念 305

9.5.2 通道的类型与结构 306

9.5.3 通道程序 309

9.6 总线技术 312

9.6.1 总线通信控制 312

9.6.2 总线管理 313

9.6.3 总线类型和总线标准 315

第10章 计算机系统结构 322

10.1 计算机系统结构的并行性 322

10.1.1 并行性概念 322

10.1.2 并行性的发展 323

10.2 流水线处理技术 323

10.2.1 重叠控制与先行控制 323

10.2.2 流水工作原理 325

10.2.3 超标量、超级流水线和超长指令字计算机 330

10.2.4 向量处理机与向量的流水处理 332

10.3 并行处理机 334

10.3.1 并行处理机的组成 334

10.3.2 并行处理机的互联网络 335

10.3.3 阵列处理机 336

10.4 多处理机系统 337

10.4.1 多处理机的概念 337

10.4.2 多处理机的结构与特点 338

10.4.3 多处理机的互联网络 340

10.5 精简指令系统计算机RISC 342

10.5.1 RISC的特点和优势 342

10.5.2 R1SC技术中所采用的特殊方法 343

10.6 新型计算机系统结构 346

10.6.1 计算机系统结构的新发展 346

10.6.2 数据流计算机 348

10.6.3 面向函数程序设计语言的归约机 351

10.6.4 人工智能计算机 353