计算机组成与设计PDF电子书下载

1　计算机组成概述 1

1.1　计算机系统的基本组成及其层次结构 1

目录 1

1.2　计算机的体系结构、组成和实现 6

1.3　计算机系统发展进步与拓展应用的历程 8

1.4　课程的教学目标和学习建议 11

小结 11

习题与思考题 12

2.1　数字电路基础 13

2.1.1　半导体材料和晶体二极管简介 13

2　数字电路基础和计算机中的逻辑部件 13

2.1.2　双极型三极管的结构及其伏安特性 15

2.1.3　MOS管的结构及其伏安特性 17

2.2　基本逻辑门和布尔代数基础 18

2.2.1　最基本的逻辑门电路 18

2.2.2　布尔代数基础 20

2.2.3　一位加法器的逻辑线路设计举例 25

2.3　组合逻辑电路及其应用 27

2.3.1　基本逻辑门 27

2.3.2　三态门 27

2.3.3　数据选择器 29

2.3.4　译码器和编码器 30

2.3.5　组合逻辑电路应用举例 32

2.4　时序逻辑电路及其应用 37

2.4.1　基本R-S触发器 38

2.4.2　D型触发器与寄存器、计数器器件 39

2.4.3　时序逻辑电路应用举例 43

2.5　现场可编程器件及其应用 51

2.5.1　现场可编程器件概述 51

2.5.2　通用可编程器件GAL20V8的内部结构及编程使用 52

2.5.3　MACH器件的内部结构与编程使用 55

2.5.4　FPGA器件及其在实现CPU功能中的应用 60

2.6　几个专用功能器件和存储器芯片的引脚图 61

习题与思考题 63

小结 63

3　数据表示、运算算法和线路实现 65

3.1 数字化信息编码的概念和二进制编码知识 65

3.1.1　数字化信息编码的概念 65

3.1.2　二进制编码和码制转换 66

3.1.3　检错纠错码 73

3.2　数据表示——常用的信息编码 83

3.2.1　逻辑类型数据的表示 83

3.2.2　字符类型数据的表示 84

3.2.3　数值类型数据的表示 86

3.3.1　原码、反码、补码的定义 93

3.3　二进制数值数据的编码与运算算法 93

3.3.2　补码加、减运算规则和电路实现 98

3.3.3　原码一位乘法、除法的实现方案 100

3.3.4　实现数据算术运算和逻辑运算的原理性电路组成 107

3.3.5　补码一位乘法、除法的实现方案 107

3.3.6　加速乘除法运算的有关算法介绍 111

小结 116

习题与思考题 117

4　运算器部件的组成与设计 118

4.1　运算器部件概述 118

4.1.1　运算器部件的功能和在计算机中的地位 118

4.1.2　定点运算器的功能、组成与运行控制 120

4.1.3　位片结构的运算器芯片Am2901 121

4.2　教学计算机运算器的设计与实现 126

4.2.1　用4片Am2901芯片构建16位的运算器部件 126

4.2.2　在4片Am2901芯片之外的线路设计 129

4.3　脱机的和联机的运算器实验 133

4.4　浮点运算与浮点运算器 135

4.4.1　浮点数的运算规则 135

4.4.2　浮点运算器举例 142

4.5　提高运算器部件处理能力的可行途径 146

4.5.1　计算机性能的演变和并行性发展概述 146

4.5.2　提高计算机运算器处理能力的可行途径 147

小结 149

习题与思考题 149

5　指令、指令系统和汇编语言程序设计 151

5.1　指令格式和指令系统概述 151

5.1.1　操作码的组织与编码 153

5.1.2　操作数类型和指令操作类型 154

5.1.3　操作数的个数、来源、去向和地址安排 155

5.1.4　指令的分类 156

5.2　寻址方式概述与应用实例 158

5.2.1　基本寻址方式概述 158

5.2.2　寻址方式应用举例 161

5.3　指令系统举例 164

5.3.1　教学计算机的指令系统说明 164

5.3.2　Pentium Ⅱ机的指令系统 171

5.3.3 Ultra SPARC Ⅱ机的指令系统 172

5.4　汇编语言程序设计举例 174

5.4.1 汇编语言及其在教学计算机中的实现 174

5.4.2　教学计算机的汇编程序设计举例 176

小结 183

习题与思考题 183

6　控制器部件的组成与设计 185

6.1.1　控制器部件的功能、组成概述 186

6.1　控制器的功能、组成与指令执行步骤 186

6.1.2　指令的执行步骤概述 187

6.1.3　指令周期和其他有关术语 191

6.2　微程序控制器部件的组成与设计 193

6.2.1　微程序控制器的基本组成和工作原理 193

6.2.2　微程序设计中下地址形成逻辑的硬件技术 194

6.2.3　教学计算机微程序控制器的组成 198

6.2.4　设计教学计算机的微指令格式 202

6.2.5　设计教学计算机的微程序 210

6.3　硬连线控制器部件的组成与设计 220

6.2.6　微程序控制器教学实验 220

6.3.1　硬连线控制器的组成和运行原理简介 221

6.3.2　教学计算机硬连线控制器的组成 222

6.3.3　设计教学计算机的指令执行流程与节拍发生器部件 223

6.3.4　设计教学计算机的时序控制信号产生部件 235

6.3.5　硬连线控制器教学实验 250

6.4　提高指令执行速度的可行途径 250

6.4.1　指令流水的基本概念和实现思路 250

6.4.2　RISC计算机的指令系统和指令流水线实例 252

6.4.3　RISC计算机中的通用寄存器组织和编译程序简介 256

6.4.4　流水线的性能指标 257

6.4.5　指令级并行技术 259

小结 260

习题与思考题 260

7 多级结构的存储器系统 262

7.1　存储器系统概述 263

7.1.1　存储器分类 264

7.1.2　存储器系统的设计目标和解决思路 265

7.2　主存储器 267

7.2.1　主存储器概述 267

7.2.2　动态存储器芯片的存储原理和读写过程 269

7.2.3　静态存储器的存储原理和内部结构 272

7.2.4　主存储器实现与应用中的几项技术 274

7.2.5 TEC-2000教学计算机内存储器的组成与设计 276

7.3　外存储设备与磁盘阵列技术 281

7.3.1　外存储设备概述 281

7.3.2　磁盘设备与磁盘阵列技术 284

7.3.3　光盘设备与技术 292

7.4　高速缓冲存储器cache 300

7.4.1　层次存储器系统的运行原理和必须遵从的原则 300

7.4.2　高速缓冲存储器cache的工作原理和组织 302

7.4.3　Pentium机的cache管理 312

7.5　虚拟存储器 316

7.5.1　虚拟存储器的概念 316

7.5.3　页式虚拟存储器 318

7.5.2　段式虚拟存储器 318

7.5.4　Pentium机的存储器管理 320

7.6　提高存储器系统性能的可行途径 324

小结 326

习题与思考题 327

8　输入输出设备与输入输出系统 330

8.1　输入输出设备 331

8.1.1　输入输出设备概述 331

8.1.2　点阵式设备运行原理综述 332

8.2.1　显示器设备概述 334

8.2　显示器设备的组成和运行原理 334

8.2.2　阴极射线管的组成与运行原理 335

8.2.3　CRT字符显示器的组成和运行原理 336

8.2.4　CRT图形显示器 339

8.2.5　计算机终端 340

8.2.6　液晶显示器的组成和运行原理 340

8.3　打印机设备的组成与运行原理 341

8.3.1 针式打印机的组成与打印过程 342

8.3.2　喷墨打印机的组成与打印过程 343

8.3.3　激光打印机的组成与打印过程 345

8.4　计算机的输入设备 346

8.4.1　计算机键盘的组成和运行原理 346

8.5　输入输出系统概述 348

8.4.2 鼠标设备 348

8.6　计算机总线 349

8.6.1　计算机总线概述 349

8.6.2　计算机总线的构成 351

8.6.3　总线仲裁和数据传输控制 352

8.6.4　教学计算机的总线系统实例 354

8.7　输入输出接口概述 356

8.7.1　输入输出接口的基本功能 357

8.7.2　通用可编程接口的一般组成 357

8.7.3　串行接口实例 358

8.8.1 常用的输入输出方式概述 364

8.8　常用的输入输出方式 364

8.8.2　中断的概念和中断处理过程 366

8.8.3　DMA的概念和DMA处理过程 370

8.9　提高数据输入输出能力和可靠性的可行途径 372

小结 373

习题与思考题 373

9　并行计算机体系结构 376

9.1　阵列处理机和向量处理机 376

9.2　多处理机系统 379

9.3　多计算机系统 381

小结 386

习题与思考题 386

参考文献 388