计算机组成与结构教程PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1计算机的发展简史 2

1.1.1计算机的定义 2

1.1.2计算机的发展 3

1.1.3计算机微处理器的发展 5

1.1.4计算机技术指标 6

1.2计算机的分类 7

1.2.1按计算机的用途分类 7

1.2.2按信息处理方式与形式分类 8

1.2.3按计算机的规模分类 8

1.3计算机系统的层次结构及特点 10

1.3.1计算机系统的层次结构 10

1.3.2计算机的特点 11

1.3.3冯·诺依曼体制 12

1.4计算机硬件 13

1.4.1计算机的硬件组成概述 13

1.4.2计算机运算器及其功能 14

1.4.3计算机存储器及其功能 15

1.4.4计算机控制器及其功能 16

1.4.5计算机输入/输出设备与接口 17

1.4.6信息表示的数字化和硬件功能的逻辑化 18

1.5计算机软件 19

1.5.1计算机软件的作用 19

1.5.2计算机软件的发展 20

1.5.3计算机软件的分类 20

1.5.4计算机硬件系统和软件系统的关系 22

1.6计算机网络 22

1.6.1计算机网络基础知识 22

1.6.2计算机网络的分类 23

1.6.3计算机网络软件的分类与功能 23

1.6.4网络互联设备 24

1.7计算机的发展趋势 24

1.8计算机的应用领域 26

1.8.1各类科学计算 26

1.8.2各种信息处理 26

1.8.3实时控制 26

1.8.4计算机辅助工程 26

1.8.5办公自动化 27

1.8.6数据通信 27

1.8.7家用电器 27

1.8.8商务处理 27

1.8.9管理应用 27

本章小结 28

习题 29

第2章 计算机常用的基本逻辑部件 31

2.1组合逻辑电路的应用 33

2.1.1加法器及其作用 33

2.1.2译码器及其作用 35

2.1.3算术运算逻辑单元 40

2.1.4三态门及其作用 44

2.1.5异或门及其作用 45

2.1.6数据选择器及其作用 46

2.2时序逻辑电路的应用 47

2.2.1触发器及其原理 47

2.2.2寄存器及其原理 50

2.2.3计数器及其原理 53

2.3计算机常用的阵列逻辑电路 56

2.3.1（ROM）只读存储器 56

2.3.2可编程逻辑阵列 57

2.3.3可编程阵列逻辑 58

2.3.4通用阵列逻辑 58

本章小结 59

习题 59

第3章 计算机的运算方法与运算器 61

3.1数值数据与非数值数据的表示 62

3.1.1数值数据 62

3.1.2非数值数据 64

3.2进制及其相互转换 68

3.2.1任意进制转换成十进制 68

3.2.2十进制转换成任意进制 68

3.2.3二进制与八进制、十六进制转换 70

3.2.4十六进制转换成八进制 70

3.3带符号数的二进制的表示 71

3.3.1原码表示 72

3.3.2反码表示 72

3.3.3补码表示 72

3.3.4移（增）码表示 73

3.3.5定点数和浮点数表示 74

3.4带符号定点数的二进制加减法运算 75

3.4.1补码加法运算 75

3.4.2补码减法运算 76

3.4.3加法运算的溢出处理方法 78

3.5带符号定点数的二进制乘法运算 79

3.5.1定点数一位乘法运算 79

3.5.2定点数二位乘法运算 85

3.5.3阵列乘法器 87

3.6带符号定点数的二进制除法运算 88

3.6.1定点数除法运算 88

3.6.2除法运算方法举例 92

3.7带符号浮点数的二进制运算 94

3.7.1浮点数的加减运算 94

3.7.2浮点数的乘除运算 97

3.8计算机的运算部件 99

3.8.1定点运算器 99

3.8.2浮点运算器 99

3.9常用的数据校验方法 99

3.9.1奇偶校验 99

3.9.2海明校验 100

3.9.3循环冗余校验 103

本章小结 105

习题 105

第4章 主存储器 108

4.1主存储器的概述 109

4.2主存储器分类与层次结构 111

4.2.1存储器的分类 111

4.2.2存储器分级 114

4.2.3主存储器的主要技术指标 116

4.3 SRAM及DRAM存储器的工作原理 117

4.3.1 SRAM存储器 117

4.3.2 DRAM存储器 120

4.3.3存储器周期时序图 124

4.4只读存储器和Flash存储器 128

4.4.1只读存储器 128

4.4.2 Flash存储器 132

4.5高速缓冲存储器 134

4.5.1高速缓冲存储器基本原理 134

4.5.2主存与缓存的地址映像 135

4.5.3主存与缓存的替换策略 141

4.5.4缓存的写操作 141

4.6半导体存储器的组成与控制 143

4.6.1存储器的扩展 146

4.6.2案例：扩展例题 147

4.7多体交叉存储器 152

4.7.1增加存储器的数据宽度 152

4.7.2多体交叉存储器应用 152

4.8虚拟存储器 153

4.8.1虚拟存储器的概念 153

4.8.2页式存储管理 153

4.8.3段式存储管理 154

4.8.4段页式存储管理 156

本章小结 157

习题 157

第5章 指令系统 159

5.1指令系统的发展 160

5.1.1指令系统的发展过程 160

5.1.2指令系统的性能与要求 160

5.2指令格式 161

5.2.1指令格式介绍 161

5.2.2指令操作码的扩展技术 163

5.2.3指令长度与字长的关系 164

5.3指令的类型 165

5.4指令和数据的寻址方式 173

5.4.1计算机指令的寻址方式 173

5.4.2操作码的设计 178

5.4.3地址码的设计 179

5.5 CISC和RISC计算机 181

5.5.1复杂指令系统计算机（CISC）及其特点 181

5.5.2精简指令系统计算机（RISC）及其特点 182

5.6指令系统举例 183

5.6.1 SPARC的指令系统 183

5.6.2向量指令举例 184

5.7计算机机器语言、汇编语言、高级语言特点分析 185

本章小结 187

习题 187

第6章 中央处理器及其工作原理 188

6.1中央处理器的组成及功能 189

6.1.1控制器的组成 190

6.1.2控制器的功能 191

6.1.3运算器的组成 193

6.1.4运算器的功能 194

6.1.5指令执行过程 195

6.1.6操作控制与时序产生器 197

6.2指令周期 199

6.2.1指令周期概述 199

6.2.2典型的指令周期 200

6.2.3 MOV指令的指令周期 201

6.2.4 LAD指令的指令周期 203

6.2.5 ADD指令的指令周期 205

6.2.6 STO指令的指令周期 206

6.2.7 JMP指令的指令周期 207

6.3时序信号的产生与控制方式 209

6.4微程序控制器的组成与设计 211

6.4.1微程序控制的基本组成及原理 211

6.4.2微程序设计技术及应用 213

6.4.3微程序指令格式 214

6.4.4硬布线控制器 215

6.5 RISC CPU 218

6.5.1 RISC CPU的特点 218

6.5.2 RISC CPU的举例 220

6.6多媒体CPU 221

6.6.1多媒体技术与主要问题 221

6.6.2 MMX技术及分析 221

6.7流水CPU 221

6.7.1流水CPU的结构分析 221

6.7.2流水线中的主要问题 223

6.7.3并行处理技术 223

本章小结 224

习题 224

第7章 外围设备 227

7.1外围设备概述 228

7.1.1外围设备的分类 228

7.1.2外围设备的基本功能 229

7.2输入设备 230

7.2.1键盘原理及功能 230

7.2.2鼠标原理及功能 231

7.2.3触摸屏原理及功能 232

7.2.4图像输入设备原理及功能 232

7.2.5条形码识别仪器原理及功能 233

7.2.6光笔、光学输入设备 233

7.3输出设备的显示器与打印机 233

7.3.1显示器的相关技术 233

7.3.2显示器的种类 235

7.3.3打印机的种类 235

7.3.4打印机的发展趋势 236

7.3.5汉字处理技术 236

7.4辅助存储器 239

7.4.1磁盘存储器 239

7.4.2光盘存储器 240

7.4.3 U盘 240

7.4.4磁带存储器 241

7.4.5固态硬盘 241

7.4.6各种辅存的综合比较 241

7.5常用输入设备案例 241

本章小结 242

习题 242

第8章 输入/输出系统 245

8.1输入/输出系统概述 246

8.1.1输入/输出设备控制器的基本功能 246

8.1.2输入/输出接口的基本结构和编址方式 247

8.2输入/输出设备的速度分级与信息交换方式 249

8.2.1输入/输出设备的速度分级 249

8.2.2信息交换方式 249

8.3程序查询方式 251

8.4程序中断方式 251

8.4.1程序中断的基本概念 251

8.4.2中断的产生、作用与响应 252

8.4.3中断处理 253

8.4.4单级与多级程序中断 256

8.4.5程序中断设备接口的组成与工作原理 257

8.5通道控制方式 259

8.5.1通道的概念 259

8.5.2通道的功能 259

8.5.3 I/O通道的种类 261

8.5.4通道结构的发展 262

8.6 DMA输入/输出方式 262

8.6.1 DMA的基本概念 263

8.6.2基本的DMA控制器类型与组成 263

8.6.3 DMA的数据传送过程 264

8.6.4 DMA的3种控制方式 264

8.7外围处理机方式与通道控制方式 265

8.7.1通道型IOP与外围处理机 265

8.7.2通用I/O标准接口 266

本章小结 268

习题 269

第9章 总线系统 270

9.1总线的概述 271

9.2总线的结构 271

9.2.1总线的类型 271

9.2.2总线的结构与组成 273

9.2.3总线的连接方式 274

9.2.4总线结构应用 275

9.3总线接口与仲裁 277

9.3.1总线接口与仲裁的基本概念 277

9.3.2信息传送方式 278

9.3.3总线集中式仲裁方式 279

9.3.4总线分布式仲裁方式 281

9.4总线的定时与传送模式 281

9.4.1总线的定时协议 281

9.4.2总线的数据传送模式 282

9.5 PCI总线与HOST总线 282

9.5.1 PCI总线信号 282

9.5.2多总线结构 284

9.5.3总线周期类型与操作 285

9.5.4总线仲裁 286

9.6总线应用案例：基于PCI总线的高速实时数据采集系统的设计 286

本章小结 287

习题 288

第10章 计算机系统 291

10.1计算机系统概述 292

10.1.1计算机系统的分类 292

10.1.2计算机开放系统 293

10.1.3计算机系统的性能评价 293

10.2微型计算机系统 294

10.2.1个人计算机及微处理器 294

10.2.2商用计算机与家用计算机 295

10.2.3片上系统与嵌入式计算机 296

10.2.4笔记本式计算机、台式计算机、智能手机及PDA 298

10.3多媒体计算机系统 300

10.3.1多媒体计算机概述 300

10.3.2多媒体计算机系统的组成与结构 300

10.3.3多媒体计算机的关键技术 301

10.3.4多媒体计算机技术的应用 302

10.4工作站与服务器 304

10.4.1工作站 304

10.4.2服务器 304

10.5多处理机和阵列处理机系统 304

10.5.1多处理机系统 304

10.5.2阵列处理机 305

10.6向量处理机及其功能 306

10.7超长指令字处理机、超级流水线处理机和超级标量处理机的功能 308

本章小结 309

习题 309

第11章 操作系统的应用 311

11.1操作系统概述 312

11.1.1操作系统的概念 312

11.1.2操作系统的特性 313

11.1.3操作系统的功能分析 314

11.1.4操作系统的硬件环境 315

11.1.5操作系统需要解决的问题 317

11.2调度控制 317

11.2.1程序动态的执行过程控制 317

11.2.2调度的层次结构 320

11.2.3调度的实现过程 320

11.3存储管理 321

11.3.1分区存储管理 321

11.3.2交换与分页技术的应用 322

11.4存储保护 322

11.4.1存储区域的保护 323

11.4.2访问方式的保护 324

11.5虚拟存储器 325

11.5.1虚拟存储器的概念 325

11.5.2页式虚拟存储器 326

11.5.3段式虚拟存储器和段页式虚拟存储器 327

11.5.4虚拟存储器的替换算法 329

11.6操作系统应用举例 329

11.6.1存储器模型 330

11.6.2虚地址模式 330

11.6.3 Pentium处理机的虚拟存储器 331

本章小结 331

习题 332

参考文献 334