计算机组成与结构PDF电子书下载

第1章　计算机系统概论 1

1.1　计算机的语言 1

1.2　计算机的硬件 3

1.3　计算机系统的层次结构 4

1.4　电子计算机的发展简史 6

1.5　计算机的应用 12

1.6　计算机网络 14

1.6.1　计算机网络基础知识 14

1.6.2　局域网 15

1.6.3　广域网和网络协议（ISO/OSI基本参考模型、TCP/IP协议） 16

1.6.4　网络互连设备 21

习题 22

第2章　计算机的逻辑部件 24

2.1　计算机中常用的组合逻辑电路 24

2.1.1　三态电路 24

2.1.2　异或门及其应用 26

2.1.3　加法器 28

2.1.4　算术逻辑单元 30

2.1.5　译码器 34

2.1.6　数据选择器 35

2.2　时序逻辑电路 36

2.2.1　触发器 36

2.2.2　寄存器和移位寄存器 39

2.2.3　计数器 41

2.3　阵列逻辑电路 43

2.3.1　只读存储器（ROM） 43

2.3.2　可编程序逻辑阵列（PLA） 45

2.3.3　可编程序阵列逻辑（PAL） 50

2.3.4　通用阵列逻辑（GAL） 51

2.3.5　门阵列（GA）、宏单元阵列（MCA）、标准单元阵列（SCA） 52

2.3.6　可编程序门阵列（PGA） 61

习题 66

第3章　运算方法和运算部件 68

3.1　数据的表示方法和转换 68

3.1.1　数值型数据的表示和转换 68

3.1.2　十进制数的编码与运算 71

3.2　带符号的二进制数据在计算机中的表示方法及加减法运算 73

3.2.1　原码、补码、反码及其加减法运算 73

3.2.2　加减法运算的溢出处理 78

3.2.3　定点数和浮点数 79

3.3　二进制乘法运算 81

3.3.1　定点数一位乘法 81

3.3.2　定点数二位乘法 87

3.3.3　阵列乘法器 91

3.4　二进制除法运算 91

3.4.1　定点除法运算 91

3.4.2　提高除法运算速度的方法举例 96

3.5　浮点数的运算方法 98

3.5.1　浮点数的加减法运算 98

3.5.2　浮点数的乘除法运算 100

3.6　运算部件 103

3.7　数据校验码 105

3.7.1　奇偶校验码 105

3.7.2　海明校验码 106

3.7.3　循环冗余校验（CRC）码 109

习题 112

第4章　主存储器 115

4.1　主存储器处于全机中心地位 115

4.2　主存储器分类 115

4.3　主存储器的主要技术指标 116

4.4　主存储器的基本操作 116

4.5　读／写存储器 117

4.6　非易失性半导体存储器 125

4.7　DRAM的研制与发展 127

4.8　半导体存储器的组成与控制 129

4.9　多体交叉存储器 134

4.9.1　编址方式 134

4.9.2　重叠与交叉存取控制 135

习题 136

第5章　指令系统 138

5.1　指令系统的发展 138

5.2　指令格式 139

5.2.1　指令格式 139

5.2.2　指令操作码的扩展技术 141

5.2.3　指令长度与字长的关系 143

5.3　数据表示 143

5.4　寻址方式（编址方式） 145

5.5　指令类型 148

5.5.1　指令的分类及功能 149

5.5.2　双字长运算（子程序举例） 156

5.6　指令系统的兼容性 157

5.7　精简指令系统计算机（RISC）和复杂指令系统计算机（CISC） 158

5.7.1　什么是复杂指令系统计算机 158

5.7.2　RISC的产生与发展 158

5.7.3　RISC的特点 159

5.8　指令系统举例 160

5.8.1　SPARC的指令系统 160

5.8.2　Pentium微处理器指令系统 163

5.8.3　IBM大型机指令系统 165

5.8.4　向量指令举例 166

5.9　机器语言、汇编语言和高级语言 168

习题 169

第6章　中央处理器 171

6.1　计算机的硬件系统 172

6.2　控制器的组成 176

6.2.1　控制器的功能 176

6.2.2　控制器的组成 177

6.2.3　指令执行过程 178

6.3　微程序控制计算机的基本工作原理 182

6.3.1　微程序控制的基本概念 182

6.3.2　实现微程序控制的基本原理 183

6.4　微程序设计技术 192

6.4.1　微指令的编译法（编码译码方法） 192

6.4.2　微程序流的控制 194

6.4.3　微指令格式 200

6.4.4　微程序控制存储器和动态微程序设计 201

6.4.5　微程序设计语言 204

6.5　硬布线控制的计算机 206

6.5.1　时序与节拍 206

6.5.2　操作控制信号的产生 208

6.5.3　控制器的组成 210

6.5.4　硬布线控制逻辑设计中的若干问题 212

6.5.5　硬布线控制与微程序控制的比较 214

6.6　控制器的控制方式 215

6.7　流水线工作原理 216

6.8　CPU举例 220

6.8.1　RISC的CPU 220

6.8.2　RISC的编译系统 229

6.8.3　Pentium微处理器 231

6.9　计算机的加电及控制过程 232

习题 234

第7章　存储系统 239

7.1　存储系统的层次结构 239

7.2　高速缓冲存储器（cache） 240

7.2.1　cache存储器工作原理 240

7.2.2　cache存储器组织 242

7.2.3　cache存储器举例 245

7.2.4　多层次cache存储器 248

7.3　虚拟存储器 250

7.3.1　虚拟存储器概述 250

7.3.2　页式虚拟存储器 251

7.3.3　段页式虚拟存储器 253

7.3.4　虚拟存储器工作的全过程 254

7.3.5　Pentium处理机的虚拟存储器 256

7.3.6　存储管理部件（MMU） 256

7.4　相联存储器 257

7.5　存储保护 258

习题 259

第8章　辅助存储器 262

8.1　辅助存储器的种类与技术指标 262

8.2　磁记录原理与记录方式 264

8.2.1　磁记录原理 264

8.2.2　磁记录介质与磁头 265

8.2.3　磁记录方式 268

8.3　硬磁盘存储器 273

8.3.1　硬磁盘存储器的种类及基本结构 273

8.3.2　硬磁盘驱动器（HDD）及硬磁盘控制器（HDC） 274

8.3.3　磁盘cache 278

8.3.4　磁盘阵列存储器 278

8.3.5　硬磁盘驱动器的发展动向 280

8.4　软磁盘存储器 281

8.4.1　概述 281

8.4.2　软磁盘的记录格式 281

8.4.3　软磁盘驱动器和控制器 283

8.4.4　软磁盘驱动器发展动向 283

8.5　磁带存储器 284

8.5.1　磁带机的结构 284

8.5.2　磁带的记录格式 286

8.5.3　循环冗余校验码（CRC） 288

8.5.4　磁带机的发展动向 290

8.6　光盘存储器 291

8.6.1　光盘存储器种类 291

8.6.2　光盘的读写原理 293

8.6.3　光盘存储器的组成 294

8.7　硬盘、软盘、磁带和光盘存储器的综合比较 295

8.8　固态盘 296

习题 297

第9章　输入输出（I/O）设备 299

9.1　外部设备概述 299

9.2　输入设备 300

9.2.1　键盘 300

9.2.2　光笔、图形板和画笔（或游动标）输入 301

9.2.3　鼠标、跟踪球和操作杆输入 302

9.2.4　触摸屏 303

9.2.5　图像输入设备（摄像机和数字照相机） 304

9.2.6　条形码及其技术 305

9.2.7　光学字符识别（OCR）技术和语音文字输入系统 306

9.3　输出设备——显示器 310

9.3.1　显示技术中的有关术语 310

9.3.2　显示设备种类 312

9.3.3　字符显示器 315

9.3.4　图形和图像显示 317

9.4　输出设备——打印机 318

9.4.1　点阵针式打印机 318

9.4.2　激光打印机 319

9.4.3　喷墨打印机 322

9.4.4　热转印打字机 325

9.4.5　打印机的发展趋势 326

9.5　汉字处理技术 327

9.5.1　汉字编码标准 327

9.5.2　汉字的输入方法 328

9.5.3　汉字的存储 329

9.5.4　汉字的输出 330

习题 330

第10章　输入输出（I/O）系统 332

10.1　输入输出（I/O）系统概述 332

10.1.1　输入输出设备的编址及设备控制器的基本功能 332

10.1.2　I/O设备数据传送控制方式 333

10.2　程序中断输入输出方式 335

10.2.1　中断的作用、产生和响应 335

10.2.2　中断处理 337

10.2.3　程序中断设备接口的组成和工作原理 341

10.3　DMA输入输出方式 344

10.3.1　DMA三种工作方式 344

10.3.2　DMA控制器组成 344

10.3.3　DMA的数据传送过程 346

10.4　通道控制方式和外围处理机方式 347

10.4.1　I/O通道的种类 348

10.4.2　I/O处理机（IOP）和外围处理机 349

10.5　总线结构 350

10.5.1　总线类型 350

10.5.2　总线组成 351

10.5.3　微机总线 353

10.6　外设接口 357

10.6.1　ATA（IDE）和SATA接口 357

10.6.2　SCSI、SAS和iSCSI接口 359

10.6.3　光纤通道FC和InfiniBand 363

10.6.4　PCMCIA 364

10.6.5　串行通信接口RS-232、USB和IEEE 1394 364

10.6.6　Pentium处理器外围接口（芯片组）介绍 366

10.6.7　网络存储——SAN和NAS 367

习题 369

第11章　计算机系统 372

11.1　计算机系统概述 372

11.1.1　计算机系统的分类 372

11.1.2　提高计算机系统运算速度的方法 373

11.1.3　开放系统 373

11.1.4　计算机系统的性能评测 374

11.2　微机系统 376

11.2.1　微处理器及个人计算机（PC） 376

11.2.2　台式机、笔记本式计算机、PDA和智能手机 378

11.2.3　商用计算机和家用计算机 382

11.2.4　嵌入式计算机和片上系统 383

11.2.5　智能卡和电子标签 385

11.3　工作站和服务器 388

11.3.1　工作站 388

11.3.2　服务器 388

11.3.3　瘦客户机 390

11.4　多媒体计算机 390

11.4.1　概述 390

11.4.2　多媒体计算机系统的组成 391

11.4.3　多媒体计算机系统的关键技术 392

11.4.4　多媒体计算机的用途与实例 393

11.5　超级标量处理机、超级流水线处理机和超长指令字处理机 393

11.5.1　超级标量、超级流水线和超长指令字处理机特点 393

11.5.2　超级标量处理器举例——UItra SPARCⅣ＋处理器 395

11.6　向量处理机 396

11.7　阵列处理机和多处理机系统 398

11.7.1　SIMD并行处理机系统（阵列处理机系统） 398

11.7.2　多处理机系统 399

11.7.3　SGI Origin多处理机体系结构 402

11.7.4　高性能计算和网格计算 406

习题 408

第12章　计算机硬件设计和实现导论 409

12.1　计算机硬件的总体设计 409

12.1.1　计算机硬件设计过程 409

12.1.2　指令系统的模拟与仿真 413

12.1.3　微程序设计自动化 414

12.1.4　引进、消化、吸收、创新 415

12.2　集成电路设计概述 415

12.2.1　集成电路的设计过程 416

12.2.2　硬件描述语言（VHDL） 418

12.3　电子设计自动化EDA 428

12.3.1　面向SoC的系统级设计 428

12.3.2　集成电路物理设计 430

习题 432

习题答案 434

参考文献 450