计算机组成原理与系统结构PDF电子书下载

第1章 概论 1

1.1 电子数字计算机与存储程序控制 1

1.1.1 电子数字计算机 1

1.1.2 存储程序概念 1

1.1.3 计算机的简单框图 2

1.2 计算机系统的硬件组成 3

1.2.1 计算机的主要部件 3

1.2.2 计算机的总线结构(小、微型机典型结构) 4

1.2.3 大、中型机的典型结构 5

1.3 计算机系统 5

1.3.1 硬件与软件的关系 5

1.3.2 计算机系统的多层次结构 6

1.3.3 系列机的概念 7

1.4 计算机的工作过程与性能 7

1.4.1 计算机的工作过程 7

1.4.2 计算机主要性能指标 8

1.4.3 计算机系统的性能评价 9

1.5 计算机系统的分类 10

习题 12

第2章 计算机中数据信息的表示 13

2.1 带符号数的表示 13

2.1.1 无符号数和带符号数 13

2.1.2 原码表示法 13

2.1.3 补码表示法 14

2.1.4 反码表示法 16

2.1.5 三种码制的比较与转换 17

2.2 数的定点表示与浮点表示 18

2.2.1 定点表示法 18

2.2.2 浮点运算法 19

2.2.3 移码表示法 21

2.2.4 定点与浮点表示法的比较 22

2.2.5 实用浮点数举例 24

2.3 字符数据的表示 25

2.3.1 字符编码和字符串的存放 25

2.3.2 汉字的表示方法 27

2.4 十进制数串的表示 27

2.4.1 二-十进制编码 28

2.4.2 十进制数串的存放 29

2.5 现代微机系统中的数据表示举例 30

2.6 奇偶校验码 30

习题 32

第3章 指令系统 35

3.1 指令格式 35

3.1.1 指令的长度 35

3.1.2 地址码结构 35

3.1.3 指令的操作码 38

3.2 寻址技术 40

3.2.1 编址方式 40

3.2.2 基本寻址方式 41

3.3 堆栈与堆栈操作 46

3.3.1 堆栈结构 46

3.3.2 堆栈操作 47

3.4 指令类型 48

3.4.1 数据传送类指令 48

3.4.2 运算类指令 49

3.4.3 程序控制类指令 50

3.4.4 输入/输出类指令 51

3.5 指令系统的优化和发展 52

3.5.1 指令格式的优化 52

3.5.2 从复杂指令系统到精简指令系统 54

习题 55

第4章 运算方法和运算器 58

4.1 定点加减运算 58

4.1.1 补码加减运算 58

4.1.2 补码的溢出判断与检测方法 59

4.1.3 补码定点加减运算的实现 61

4.2 定点乘除运算 62

4.2.1 补码的移位运算 62

4.2.2 定点乘法运算 63

4.2.3 定点除法运算 65

4.3 规格化浮点运算 68

4.3.1 浮点加减运算 68

4.3.2 浮点乘除运算 71

4.4 基本算术运算的实现 72

4.4.1 加法器 72

4.4.2 进位的产生和传递 73

4.5 逻辑运算及其实现 76

4.6 运算器的基本组成与实例 78

4.6.1 运算器的基本组成 78

4.6.2 算术逻辑运算单元(ALU)举例 79

4.6.3 浮点运算器举例 82

习题 84

第5章 主存储器与存储体系 86

5.1 存储器的基本概念 86

5.1.1 存储器分类 86

5.1.2 主存储器的主要技术指标 88

5.1.3 主存储器的存储单元和主存储器的基本结构 89

5.1.4 存储系统层次结构 91

5.2 半导体随机存储器和只读存储器 92

5.2.1 基本存储电路 92

5.2.2 动态RAM的刷新 93

5.2.3 地址译码方式 95

5.3 存储芯片与CPU的接口特性 97

5.3.1 RAM芯片与CPU的接口特性 97

5.3.2 ROM芯片与CPU的接口特性 97

5.3.3 内存条 98

5.4 半导体存储器的组成与控制 98

5.4.1 主存储器容量的扩展 98

5.4.2 存储芯片的地址分配和片选 101

5.4.3 主存储器和CPU的连接 103

5.4.4 主存的奇偶校验电路 104

5.4.5 数据通路匹配和存储器接口 105

5.5 提高存储器性能的技术 108

5.5.1 存储器制造技术的发展 108

5.5.2 双端口存储器 110

5.5.3 并行主存储器 110

5.5.4 高速缓冲存储器 112

5.5.5 虚拟存储器 116

习题 119

第6章 CPU组织 122

6.1 控制器的基本概念 122

6.1.1 控制器的组成 122

6.1.2 控制器的硬件实现方法 124

6.2 时序系统与控制方式 125

6.2.1 时序系统 125

6.2.2 控制方式 127

6.3 CPU的总体结构 128

6.3.1 寄存器的设置 128

6.3.2 指令执行的基本过程 129

6.3.3 指令的微操作序列 130

6.4 微程序控制原理 132

6.4.1 微程序控制的基本概念 132

6.4.2 微指令编码法 133

6.4.3 微程序控制器的组成和工作过程 136

6.4.4 微程序入口地址的形成 136

6.4.5 后继微地址的形成 137

6.4.6 微程序设计 138

6.4.7 微程序设计技术的应用 139

6.5 组合逻辑控制器设计 141

6.5.1 模型机的总体结构 141

6.5.2 组合逻辑控制器设计步骤 144

6.5.3 模型机的组合逻辑控制器设计 145

6.6 微程序控制器设计 150

6.6.1 微程序控制器的设计步骤 150

6.6.2 模型机的微程序设计 151

6.7 典型CPU介绍 155

6.7.1 80386微处理器 155

6.7.2 Pentium微处理器简介 158

习题 159

第7章 外部设备 163

7.1 外部设备概述 163

7.1.1 外部设备的分类 163

7.1.2 外部设备的地位和作用 164

7.2 磁记录原理 164

7.2.1 磁表面存储器的读/写 165

7.2.2 磁表面存储器的技术指标 166

7.2.3 数字磁记录方式 167

7.3 硬磁盘存储器 169

7.3.1 硬盘存储器的基本结构与分类 169

7.3.2 硬盘驱动器 170

7.3.3 硬盘的信息分布和磁盘地址 171

7.3.4 硬盘存储器参数指标 172

7.3.5 硬盘控制逻辑 173

7.4 软磁盘存储器 174

7.5 光盘存储器 176

7.5.1 光盘存储器的类型 176

7.5.2 光盘存储器的组成及工作原理 177

7.5.3 光盘驱动器 178

7.6 键盘输入设备 179

7.6.1 键开关和键盘布局 179

7.6.2 键盘的类型 180

7.6.3 非编码键盘的工作原理 180

7.6.4 智能键盘 182

7.7 其他输入设备 184

7.7.1 鼠标器 184

7.7.2 条码扫描器 185

7.8 印字输出设备 185

7.8.1 印字输出设备分类 186

7.8.2 针式打印机 186

7.8.3 非击打式印字技术 190

7.9 显示设备 191

7.9.1 显示器概述 191

7.9.2 CRT显示器 193

7.9.3 屏幕显示与视频存储器 194

7.9.4 字符显示器工作原理 195

7.9.5 图形显示器工作原理 198

7.9.6 IBM PC系列机的显示系统 200

7.10 汉字处理设备 201

7.10.1 汉字的编码与输入 201

7.10.2 汉字的存储 202

7.10.3 汉字的输出 203

7.10.4 汉字处理系统 204

习题 205

第8章 输入输出系统 208

8.1 主机与外设的连接 208

8.1.1 输入/输出接口 208

8.1.2 接口的功能和基本组成 209

8.1.3 外设的识别与端口寻址 211

8.1.4 输入/输出信息传送控制方式 213

8.2 程序查询方式及其接口 214

8.2.1 程序查询方式 214

8.2.2 程序查询方式接口 215

8.3 中断系统 217

8.3.1 中断的基本概念 217

8.3.2 中断请求和中断判优 219

8.3.3 中断响应和中断处理 221

8.3.4 多重中断与中断屏蔽 223

8.3.5 中断全过程 226

8.3.6 程序中断接口结构 227

8.3.7 中断控制器8259 228

8.4 DMA方式及其接口 233

8.4.1 DMA方式的基本概念 233

8.4.2 DMA接口 234

8.4.3 DMA传送方法与传送过程 237

8.4.4 DMA控制器8237的基本结构 238

8.4.5 8237的工作方式 240

8.5 通道控制方式 241

8.5.1 通道的基本概念 241

8.5.2 通道的类型与结构 242

8.5.3 通道程序 244

8.5.4 通道的工作过程 247

8.6 总线技术 248

8.6.1 总线通信控制 248

8.6.2 总线管理 249

8.6.3 总线类型和总线标准 251

习题 254

第9章 计算机系统结构 257

9.1 计算机系统结构的基本概念 257

9.1.1 计算机系统结构 257

9.1.2 系统结构中的并行性 257

9.2 流水线处理技术 258

9.2.1 重叠控制与先行控制 258

9.2.2 流水工作原理 260

9.2.3 超标量、超级流水线和超长指令字计算机 265

9.2.4 向量处理机与向量的流水处理 267

9.3 并行处理机 268

9.3.1 并行处理机的组成 268

9.3.2 并行处理机的互连网络 269

9.3.3 阵列处理机 271

9.4 多处理机系统 271

9.4.1 多处理机的概念 271

9.4.2 多处理机的结构与特点 272

9.4.3 多处理机的互连网络 273

9.5 精简指令系统计算机RISC 275

9.5.1 RISC的特点和优势 275

9.5.2 RISC技术中所采用的特殊方法 276

9.6 新型计算机系统结构 279

9.6.1 计算机系统结构的新发展 279

9.6.2 数据流计算机 280

9.6.3 面向函数程序设计语言的归约机 283

9.6.4 人工智能计算机 285

习题 287