计算机组成原理PDF电子书下载

1.1　电子计算机的定义及其分类 1

第1章　计算机系统概述 1

1.2　计算机的发展与应用 2

1.2.1　电子管计算机 2

1.2.2　晶体管计算机 6

1.2.3　集成电路计算机 6

1.2.4　大规模集成电路计算机 8

1.2.5　超大规模集成电路计算机 9

1.2.6　计算机的应用领域 9

1.3　计算机的硬件组成 10

1.3.2　存储器 11

1.3.1　CPU 11

1.3.3　输入／输出设备 12

1.4　计算机软件及其发展 12

1.5　计算机的工作过程与性能指标 14

1.5.1　计算机的工作过程 14

1.5.2　计算机的主要性能指标 15

1.6　计算机系统的组成 16

1.6.1　计算机系统的层次结构 16

1.6.2　硬、软件的功能分配与逻辑等价性 17

一、选择题 18

综合练习一 18

小结 18

二、填空题 19

三、应用题 19

第2章　数据及信息的表示 20

2.1　进位计数制及其转换 20

2.1.1　进位计数制 20

2.1.2　常用的进位计数制 21

2.1.3　进制的转换 23

2.2 符号数与带符号数 26

2.2.1　原码表示法 27

2.2.2　补码表示法 28

2.2.3　反码表示法 29

2.2.4　三种码制的比较与转换 30

2.2.5　移码表示法 30

2.3　定点数与浮点数 31

2.3.1　定点数的表示方法 32

2.3.2　浮点数的表示方法 33

2.3.3　定点数与浮点数的比较 35

2.4　字符数据的表示 36

2.4.1　字符与字符串的表示 36

2.4.2　汉字的编码表示 39

2.5.1　二-十进制编码 40

2.5　十进制数的表示 40

2.5.2　十进制数串的表示 42

2.6　数据校验码 42

2.6.1　奇偶校验码 43

2.6.2　海明校验码 44

2.6.3　循环冗余校验码 46

小结 48

综合练习二 49

一、选择题 49

三、应用题 50

二、填空题 50

第3章　存储系统 52

3.1　存储器简介 52

3.1.1　存储器的作用 52

3.1.2　存储器的分类 52

3.1.3　存储器的主要性能指标 54

3.1.4　存储器分级结构 56

3.2　随机读写存储器 57

3.2.1　静态存储元 57

3.2.2　动态存储元 58

3.2.3　SRAM与DRAM的比较 62

3.3.1　SRAM存储器的基本组成 63

3.3　存储器的组成 63

3.3.2　SRAM实例 66

3.3.3　DRAM存储器 68

3.3.4　存储器扩展 70

3.3.5　主存储器与CPU的连接 72

3.4　高性能DRAM结构 73

3.4.1　微处理器与DRAM的延迟差距 73

3.4.2　EDRAM芯片 74

3.4.3　FPM DRAM 75

3.4.4　EDO DRAM 75

3.4.7　RDRAM 76

3.4.6　DDR SDRAM 76

3.4.5　SDRAM 76

3.4.8　SLDRAM 77

3.4.9　VCM 77

3.5　只读存储器 77

3.5.1　掩模式只读存储器 78

3.5.2　可编程只读存储器 78

3.5.3　光擦除可编程只读存储器 79

3.5.4　电擦除型可编程只读存储器 80

3.5.5　闪速存储器 80

3.6　高速存储器 85

3.6.1　双端口存储器 86

3.6.2　多体交叉存储器 89

3.7.1　Cache的工作原理 92

3.7　高速缓冲存储器 92

3.7.2　Cache／主存结构 93

3.7.3　Cache的命中率 94

3.7.4　Cache的读／写操作 94

3.7.5　Cache与主存之间的地址映射 95

3.7.6　Cache块的替换算法 100

3.7.7　多层次Cache结构 101

3.7.8　Pentium机中的Cache结构 102

3.7.9　Pentium 4中的Cache结构 104

3.8　虚拟存储器 104

3.8.1 虚拟存储器的基本概念 104

3.8.2　页式虚拟存储器 105

3.8.3　段式虚拟存储器 108

3.8.4　段页式虚拟存储器 109

3.8.5　替换算法 110

3.8.6　Pentium虚拟存储器 111

小结 114

综合练习三 115

一、选择题 115

二、填空题 116

三、应用题 117

第4章　指令系统 118

4.1　指令格式 118

4.1.1　地址码 119

4.1.2　Pentium的指令格式 121

4.2　寻址方式 122

4.2.1　基本寻址方式 122

4.2.2　块寻址 128

4.2.3　段寻址 128

4.2.4　32位寻址方式 129

4.2.5　堆栈与堆栈寻址 130

4.2.6　Pentium的寻址方式 132

4.3　指令类型 134

4.3.1　数据传送类指令 134

4.3.2　算术运算类指令 135

4.3.3　逻辑运算和移位类指令 137

4.3.4　串操作类指令 138

4.3.5　控制转移类指令 139

4.3.6　其他指令 142

4.4　CISC与RISC 142

4.4.1　CISC 143

4.4.2　Pentium的指令系统 143

4.4.3　RISC 146

4.4.4　Power PC的指令系统 147

4.4.5　指令系统的进一步发展 148

小结 149

一、选择题 150

综合练习四 150

二、填空题 151

三、应用题 152

第5章　运算方法和运算器 153

5.1　定点加减运算 153

5.1.1　补码加减运算 153

5.1.2　基本的二进制加／减法器 157

5.1.3　十进制加法器 162

5.2　定点乘法运算 163

5.2.1　原码一位乘法 163

5.2.2　补码一位乘法 166

5.3.1　原码一位除法 170

5.3　定点除法运算 170

5.3.2　补码一位除法 174

5.4　浮点数运算 175

5.4.1　浮点加减运算 175

5.4.2　浮点乘除运算 178

5.5　逻辑运算及其实现 179

5.6　运算器的基本组成与实例 180

5.6.1 算术／逻辑运算单元（ALU） 181

5.6.2　运算器的内部总线结构 182

5.6.3　浮点运算器 183

小结 185

一、选择题 186

综合练习五 186

二、填空题 187

三、应用题 188

第6章　中央处理器 189

6.1　中央处理器的基本组成 189

6.1.1 运算器 190

6.1.2　控制器 191

6.2　指令周期 194

6.2.1　非访内指令的指令周期 195

6.2.2　直接访内指令的指令周期 196

6.2.3　间接访内指令的指令周期 197

6.2.5　程序转移指令的指令周期 198

6.2.4　空操作指令的指令周期 198

6.2.6　指令流程图 199

6.3　时序控制方式 200

6.3.1　多级时序系统 200

6.3.2　控制器的控制方式 201

6.4　微程序控制器 202

6.4.1　微程序控制的基本概念 202

6.4.2　微程序控制器 204

6.4.3　微指令的编码方式 206

6.4.4　微程序的顺序控制 210

6.4.5　微指令格式 212

6.4.6　微指令的执行方式 213

6.4.7　微程序举例 214

6.5　流水线技术 217

6.5.1　流水线技术的基本原理 217

6.5.2　流水线中的主要问题 219

6.5.3　超流水线技术与超标量技术 223

6.6　典型的CPU 224

6.6.1　Intel CPU 225

6.6.2　AMD CPU 235

小结 235

一、选择题 236

综合练习六 236

二、填空题 237

三、应用题 238

第7章　总线及其结构 239

7.1　总线的基本概念 239

7.1.1　总线的分类 239

7.1.2　总线的主要参数 240

7.1.3　总线的标准化 240

7.2　总线的连接方式 241

7.2.1　单总线结构 241

7.2.3　三总线结构与局部总线 242

7.2.2　双总线结构 242

7.2.4　总线的层次结构 244

7.3　总线控制 245

7.3.1　总线的仲裁 245

7.3.2　总线定时协议 248

7.3.3　总线的数据传输 249

7.4　典型总线 250

7.4.1　ISA总线 250

7.4.2　MCA总线 253

7.4.3　EISA总线 253

7.4.4　PCI总线 254

小结 261

7.4.5　AGP总线 261

综合练习七 262

一、选择题 262

二、填空题 263

三、应用题 263

第8章　外围设备 265

8.1　外围设备简介 265

8.1.1　外围设备的地位和作用 265

8.1.2　外围设备与主机的连接 266

8.1.3　外围设备的分类 267

8.2.1　键盘 268

8.2　输入设备 268

8.2.2　鼠标 271

8.2.3　条码阅读器 272

8.2.4　扫描仪 274

8.2.5　数字化仪 276

8.2.6　触摸屏 276

8.3　显示设备 279

8.3.1　显示器的分类 279

8.3.2　CRT显示器 280

8.3.3　显示器的主要技术指标 287

8.3.4　显示适配器 287

8.3.5　液晶显示器 289

8.4 打印机 290

8.4.1 点阵打印技术 291

8.4.2　针式打印机 291

8.4.3　喷墨打印机 294

8.4.4　激光打印机 295

8.5　辅助存储器 298

8.5.1　辅助存储器的种类 298

8.5.2　磁表面存储器的技术指标 298

8.5.3　磁记录原理与磁记录编码方式 300

8.5.4　硬磁盘存储器 303

8.5.5　软磁盘存储器 309

8.5.6　磁带存储器 310

8.6　光盘存储器 311

8.6.1 光盘的种类 311

8.6.2　CD-ROM光盘 312

小结 315

综合练习八 315

一、选择题 315

二、填空题 316

三、应用题 317

第9章　输入／输出系统 318

9.1　I/O接口的类型及其功能 318

9.1.1　I/O接口的类型 318

9.1.2　I/O接口的功能 319

9.2　CPU与I/O接口之间的信息传送方式 320

9.2.1　程序控制方式 320

9.2.2　DMA方式 322

9.2.3　I/O通道方式 322

9.2.4　外围处理机方式 322

9.3　程序中断方式 322

9.3.1 中断的基本概念 322

9.3.2　中断的类型 323

9.3.3　中断的作用 324

9.3.4　中断源的组织方式 325

9.3.5　中断过程 327

9.3.6　中断接口电路 328

9.3.7　中断优先权排队电路 329

9.3.8　多个中断的处理 331

9.3.9　8259A中断控制器 331

9.3.10　Pentium的中断机制 335

9.4　直接存储器存取（DMA）方式 336

9.4.1　DMA方式简介 336

9.4.2　DMA的工作方式 337

9.4.3　DMA控制器 338

9.4.4　DMA的数据传送过程 340

9.4.5　DMA控制器Intel 8237 340

9.5.1　通道方式简介 344

9.5　通道方式 344

9.5.2 通道的类型 345

9.6　外围处理机方式 347

小结 348

综合练习九 348

一、选择题 348

二、填空题 349

三、应用题 350

第10章　TEC-4计算机组成原理实验系统 351

10.1　TEC-4计算机组成原理实验系统特点 351

10.2　TEC-4计算机组成原理实验系统的组成 351

10.2.2 时序发生器 352

10.2.1 电源 352

10.2.3　数据通路 353

10.2.4　控制器 356

10.2.5　控制台 358

10.2.6　用户自选器件试验区 361

小结 361

第11章　基本实验 362

11.1　运算器组成实验 362

11.1.1　实验目的 362

11.1.2　实验电路 362

11.1.3　实验设备 363

11.1.4　实验任务 364

11.2　双端口存储器原理实验 365

11.2.1　实验目的 365

11.2.2　实验电路 365

11.2.3　实验设备 366

11.2.4　实验任务 367

11.3　数据通路组成实验 368

11.3.1　实验目的 368

11.3.2　实验电路 368

11.3.3　实验设备 369

11.3.4　实验任务 369

11.4.2　实验电路 370

11.4　微程序控制器组成实验 370

11.4.1　实验目的 370

11.4.3　实验设备 376

11.4.4　实验任务 376

11.5　CPU组成与机器指令执行实验 377

11.5.1　实验目的 377

11.5.2　实验电路 377

11.5.3　实验设备 378

11.5.4　实验任务 378

11.6.1　实验目的 379

11.6.2　实验电路 379

11.6　中断原理实验 379

11.6.3　实验设备 380

11.6.4　实验任务 380

小结 381

第12章　课程设计 382

12.1　常规硬布线控制器的设计与调试 382

12.1.1　教学目的、任务与实验设备 382

12.1.2　数据格式和指令系统 383

12.1.3　总体设计 383

12.1.4　硬布线控制器的设计特点 383

12.1.5　组装与调试 385

12.2.1　教学目的、任务与实验设备 386

12.2　流水微程序控制器的设计与调试 386

12.2.2　数据格式和指令系统 387

12.2.3　设计要求 387

12.2.4　总体设计 387

12.2.5　流水微程序控制器 388

12.3　流水硬布线控制器的设计与调试 390

12.3.1　教学目的、任务与实验设备 390

12.3.2　数据格式和指令系统 390

12.3.3　设计要求 391

12.3.4　总体设计、组装、调试 391

小结 391

附录　80X86/Pentium指令系统 392

参考答案 396

第1章 396

第2章 398

第3章 399

第4章 401

第5章 402

第6章 404

第7章 407

第8章 409

第9章 411

参考文献 414