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第1章　计算机系统概论 1

1.1 计算机系统的基本组成 1

1.1.1　硬件组成 1

1.1.2　软件组成 2

1.2　计算机系统的层次结构 3

1.3　软、硬件界面与逻辑上的等价 5

1.4　计算机的体系结构、组成和实现 6

1.5　计算机系统中的信息活动 6

1.5.1　硬信息和软信息 6

1.5.2　信息进出计算机系统 7

1.5.3　信息在主机系统中的活动 8

1.5.4　计算机系统中信息传送的通路 10

1.5.5 CPU对三类信息的加工 10

1.6　计算机的过去、现在和未来 11

1.6.1　冯·诺依曼机的基本特点 11

1.6.2　计算机发展的四个阶段 12

1.6.3　计算机分类 13

1.6.4　计算机网络 14

1.7　习题 15

第2章　数字化信息编码与数据表示 17

2.1 数字化信息编码的概念 17

2.2　常用的信息编码 17

2.2.1 字符编码 17

2.2.2　中文的编码表示 19

2.2.3　逻辑数据的表示 19

2.2.4　数值数据的表示与编码 20

2.3　计算机中数值数据的表示、转换和运算 20

2.3.1　数制与进位记数法 20

2.3.2　数据的转换 21

2.3.3 二进制数的运算规则 23

2.3.4　二进制数在计算机内的表示 25

2.3.5　十进制数的编码与运算 32

2.4　数据校验码 35

2.4.1　数据校验码实现原理 35

2.4.2　奇偶校验码 36

2.4.3　海明校验码 36

2.4.4　循环冗余校验码 39

2.5 习题 45

第3章　逻辑函数和逻辑电路 48

3.1　逻辑变量和逻辑函数的概念 48

3.2　布尔代数的基本公式 48

3.3　逻辑函数的代数化简 49

3.4　逻辑函数的最小项表示 50

3.5　逻辑电路分类 51

3.5.1 门电路 51

3.5.2　记忆电路 51

3.5.3 时序电路 52

3.5.4 时钟电路 52

3.6　逻辑门电路 53

3.6.1　基本逻辑门 53

3.6.2　基本三态逻辑门 54

3.6.3　基本组合逻辑门 54

3.6.4　常用组合逻辑门 55

3.7　记忆电路 65

3.7.1 寄存器 65

3.7.2　存储器 70

3.8　基本时序电路 77

3.8.1　移位寄存器 78

3.8.2　计数器 80

3.9　阵列逻辑电路 84

3.9.1　阵列逻辑组件 84

3.9.2　ROM 85

3.9.3　可编程序逻辑阵列 87

3.10 习题 91

第4章　运算器 93

4.1　运算器概述 93

4.2　一个简单的算术逻辑单元 94

4.3 定点运算器的基本组成与实现 98

4.3.1 定点加法的实现方案 98

4.3.2　定点原码一位乘法的实现方案 102

4.3.3　定点补码一位乘法的实现方案 105

4.3.4　定点原码一位除法的实现方案 108

4.3.5　定点补码一位除法的实现方案 114

4.3.6　逻辑运算的实现 116

4.4　加速乘除运算的技术 116

4.4.1　原码两位乘法 117

4.4.2　阵列乘法器 118

4.4.3　原码两位除法 118

4.4.4　阵列除法器 120

4.5　浮点四则运算 121

4.5.1　浮点数加减法运算步骤 121

4.5.2　浮点数加法运算实例 123

4.5.3　浮点数乘除法运算步骤 124

4.5.4　浮点数相乘实例 125

4.6　运算器组织 126

4.6.1　带多路选择器的运算器 127

4.6.2　带输入锁存器的运算器 128

4.6.3　位片式运算器 129

4.6.4　浮点运算器 132

4.7 习题 133

第5章　指令系统 135

5.1　计算机指令概念 135

5.2　指令格式 136

5.2.1　指令的一般格式 137

5.2.2　指令操作码的扩展技术 138

5.2.3　指令长度与字长的关系 139

5.3　数据的表示和存储 140

5.4　寻址方式 141

5.5　指令类型 145

5.6　指令系统举例 150

5.6.1 SPARC的指令系统 150

5.6.2 IBM大型机指令系统 153

5.6.3 PDP 11与VAX 11基本指令格式 153

5.6.4 Pentium Ⅱ的指令系统 157

5.7　机器语言、汇编语言和高级语言 159

5.8 习题 161

第6章　中央处理部件 164

6.1 中央处理部件的功能 164

6.2　中央处理部件的组成 165

6.2.1　运算部件 166

6.2.2　寄存器设置 166

6.2.3　总线 169

6.2.4 时序系统 170

6.2.5　控制部件 172

6.2.6 CPU内部数据通路结构 178

6.3　一台模型机的总体设计 181

6.3.1　模型机指令系统 181

6.3.2　总体结构与数据通路 183

6.4　模型机组合逻辑控制设计 188

6.4.1 时序系统 188

6.4.2　指令流程图与操作时间表 192

6.4.3　微操作信号的产生 210

6.4.4　机器周期的产生 214

6.4.5　机器加电过程 216

6.5　微程序控制原理 217

6.5.1　基本思想 217

6.5.2　有关术语 218

6.5.3　逻辑组成 219

6.5.4　微程序的执行 220

6.5.5　微指令的编译方法 221

6.5.6　微程序的顺序控制方式 223

6.5.7　微指令的执行方式 230

6.5.8　微程序设计方法 232

6.5.9　微程序控制器设计步骤 235

6.6　模型机的微程序设计 235

6.6.1 时序系统 235

6.6.2　微指令格式 236

6.6.3　模型机的微程序流程 238

6.6.4　模型机微程序表的编制 245

6.6.5　微程序控制方式的优缺点 257

6.6.6　微程序控制的应用 257

6.7　流水线处理技术 258

6.7.1　指令的执行方式 258

6.7.2　流水线的分类 260

6.7.3　线性流水线的性能 261

6.7.4　流水线的相关问题 264

6.8　主流CPU简介 265

6.8.1　Intel公司的Pentium处理器 265

6.8.2 SUN Microsystems公司的SPARC系统 268

6.9　习题 270

第7章　存储系统 274

7.1　存储系统概论 274

7.2　主存储器 277

7.2.1　基本概念 277

7.2.2　静态MOS RAM芯片举例 279

7.2.3　动态MOS RAM 2164芯片 285

7.2.4　动态MOS RAM 4116芯片 288

7.2.5　动态RAM的刷新 291

7.2.6　只读存储器举例 292

7.2.7　主存储器与CPU的连接 298

7.3 高速缓存 301

7.3.1 Cache存储器工作原理 301

7.3.2 Cache的设置 302

7.3.3 Cache的映射 303

7.3.4　替换算法 306

7.3.5　读写过程 306

7.3.6　块的大小 307

7.3.7 Cache的容量 307

7.4　虚拟存储器 307

7.4.1　页式虚拟存储器 308

7.4.2　段式虚拟存储器 310

7.4.3　段页式虚拟存储器 311

7.5　磁盘存储器 312

7.5.1　存储信息原理 312

7.5.2　磁记录方式 313

7.5.3　磁盘子系统 315

7.5.4　硬盘存储器 316

7.6　磁带存储器 327

7.6.1　磁带机的结构 327

7.6.2　磁带记录格式 328

7.7　光盘存储器 330

7.7.1　光盘存储器类型 330

7.7.2　光盘存储器的工作原理 331

7.7.3　光盘存储器的技术指标 332

7.7.4 DVD 333

7.8 习题 334

第8章 输入／输出设备 337

8.1 外围设备概述 337

8.1.1　外围设备分类 337

8.1.2　信息交换代码与传送格式 340

8.1.3　调用外围设备的层次 341

8.2　键盘 342

8.2.1 键 342

8.2.2　硬件扫描键盘 344

8.2.3　软件扫描键盘 345

8.3　显示设备 348

8.3.1　显示器概述 349

8.3.2　显示方式与规格 349

8.3.3 光栅扫描成像原理 351

8.3.4　屏幕显示与显示缓存间的对应关系 356

8.3.5　屏幕显示的实现 357

8.4　打印输出设备 365

8.4.1 打印设备的分类 365

8.4.2　针式打印机 366

8.4.3 喷墨打印机 369

8.4.4　激光打印机 370

8.5　习题 371

第9章　输入／输出系统 373

9.1 输入／输出系统概述 373

9.2　输入／输出接口 375

9.2.1　接口的功能 375

9.2.2　接口的组织 376

9.2.3 接口的类型 376

9.3　系统总线 379

9.3.1 总线结构 379

9.3.2　总线的控制方式 382

9.4　输入／输出的连接方式 384

9.4.1　总线型 385

9.4.2　辐射型 386

9.4.3　通道型 386

9.4.4　输入／输出处理机型 387

9.5　信息交换的控制方式 387

9.6　程序直接控制方式 389

9.6.1 查询的基本思想和工作流程 389

9.6.2　程序查询控制方式接口 389

9.6.3　设备状态字 390

9.6.4　输入／输出管理程序举例 391

9.7　程序中断控制方式 391

9.7.1 中断概述 391

9.7.2 中断请求的发送与屏蔽 393

9.7.3　中断优先级 394

9.7.4　单级中断处理和多重中断处理 395

9.7.5　使用屏蔽码改变优先等级 396

9.7.6　中断的处理过程 397

9.7.7 中断响应 399

9.7.8　中断识别 400

9.7.9 中断服务和中断返回 404

9.7.10　程序中断方式接口 405

9.8 DMA方式 406

9.8.1 DMA传送 406

9.8.2 DMA主要操作过程 407

9.8.3　基本的DMA控制器 408

9.8.4　其他DMA控制器 409

9.9　通道方式 410

9.9.1　通道的概念 411

9.9.2　通道的类型 412

9.9.3　通道结构的发展 414

9.10 习题 414

参考文献 418