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第1章 计算机系统概论 1

1.1 计算机系统简介 1

1.1.1 计算机硬件和软件的概念 1

1.1.2 计算机的基本组成 2

1.1.3 计算机程序、指令和语言 4

1.1.4 计算机系统的层次结构 6

1.2 计算机的分类及其应用 8

1.2.1 计算机的分类 8

1.2.2 计算机的应用 11

1.3 计算机的特点和主要性能指标 13

1.3.1 计算机的特点 13

1.3.2 计算机硬件的主要技术指标 14

1.4 电子计算机的发展 16

1.4.1 电子计算机的发展历史 16

1.4.2 微型计算机的发展 18

1.4.3 计算机的发展展望 20

习题1 21

第2章 信息编码及其在计算机中的表示 24

2.1 信息的数字化编码和信息的数据类型 24

2.1.1 信息的数字化编码 24

2.1.2 信息的数据类型 24

2.2 进位计数制及其相互转换 25

2.2.1 常用的进位计数制 25

2.2.2 常用进位计数制间的相互转换 26

2.3 非数值数据的表示 30

2.3.1 字符数据的表示 30

2.3.2 汉字编码 31

2.4 数值数据的表示和运算 34

2.4.1 机器数 34

2.4.2 定点数的原码、反码、补码和移码 38

2.4.3 定点数和浮点数 42

2.4.4 十进制数的编码 45

2.5 数据校验码 49

2.5.1 码制的距离 49

2.5.2 奇偶校验码 49

2.5.3 汉明校验码 50

2.5.4 循环冗余校验码 52

习题2 54

第3章 组成计算机硬件的基本器件 57

3.1 逻辑代数与逻辑电路 57

3.1.1 逻辑代数 57

3.1.2 逻辑电路 62

3.2 组合逻辑电路 63

3.2.1 加法器 64

3.2.2 算术逻辑单元 65

3.2.3 译码器 65

3.2.4 数据选择器 66

3.3 时序逻辑电路 66

3.3.1 触发器 66

3.3.2 寄存器 68

3.3.3 计数器 70

3.4 总线缓冲器和总线控制器 71

3.4.1 总线缓冲器 71

3.4.2 总线控制器 72

3.5 时钟发生器 73

3.5.1 时钟发生器芯片8284介绍 73

3.5.2 8284与CPU的连接 74

习题3 74

第4章 机器数的运算方法及运算器 77

4.1 机器数的加减运算及其实现 77

4.1.1 原码加法 77

4.1.2 补码加法 78

4.1.3 减法运算 81

4.1.4 补码加减运算线路的实现 82

4.2 定点乘法及其实现 83

4.2.1 原码一位乘法及其实现 83

4.2.2 定点补码一位乘法及其实现 85

4.2.3 原码两位乘法 88

4.2.4 补码两位乘法 89

4.3 定点除法及其实现 91

4.3.1 定点原码除法 91

4.3.2 定点补码除法 94

4.4 浮点数的算术运算 96

4.4.1 浮点数的补码加法运算 96

4.4.2 浮点数的乘法运算 96

4.4.3 浮点数的除法运算 97

4.5 运算器的组成和结构 97

4.5.1 算术逻辑单元ALU 97

4.5.2 通用寄存器组 99

4.5.3 状态寄存器 100

4.5.4 数据通路 100

4.5.5 运算器的基本结构 103

4.5.6 运算器组成实例 105

4.6 浮点运算器 107

4.6.1 浮点运算器的硬件配置 107

4.6.2 80387的主要性能 107

4.6.3 80387的内部结构 108

4.6.4 80387的硬件特性 110

4.6.5 协处理器的工作方式 111

习题4 111

第5章 指令系统 114

5.1 机器指令的格式 114

5.1.1 指令的含义 114

5.1.2 指令格式 114

5.1.3 指令格式举例 116

5.1.4 指令操作码的编码格式 117

5.1.5 指令字长度与机器字长的关系 118

5.1.6 指令助记符 119

5.2 寻址方式 119

5.2.1 寻址方式和有效地址的概念 119

5.2.2 基本寻址方式 120

5.2.3 寻址方式举例 123

5.3 指令的种类 126

5.3.1 数据传送类指令 126

5.3.2 算术逻辑运算类指令 127

5.3.3 字符串处理指令 128

5.3.4 输入／输出（I/O）指令 129

5.3.5 特权指令和陷阱指令 129

5.3.6 转移指令 130

5.3.7 子程序调用指令 131

5.3.8 处理器控制指令 132

5.4 指令的执行方式 132

5.4.1 指令的顺序执行方式 132

5.4.2 重叠执行方式 132

5.4.3 流水线方式 133

5.4.4 指令的执行过程 134

5.5 精简指令计算机（RISC）的指令系统 138

5.5.1 RISC的由来与发展 138

5.5.2 RISC的特点 138

5.5.3 RISC指令系统举例 139

习题5 141

第6章 存储器系统 145

6.1 存储器与存储系统概述 145

6.1.1 存储器的作用 145

6.1.2 存储器分类 146

6.1.3 存储器的层次结构 148

6.2 主存储器 149

6.2.1 主存储器的性能技术指标 149

6.2.2 随机存取存储器 151

6.2.3 只读存储器 163

6.3 并行主存储器 167

6.4 高速缓冲存储器 170

6.4.1 程序访问的局部性 170

6.4.2 高速缓冲存储器的工作原理 170

6.4.3 高速缓冲器的组织与管理 172

6.5 虚拟存储器 175

6.5.1 虚拟存储器概述 176

6.5.2 页式虚拟存储器 177

6.5.3 段式虚拟存储器 180

6.5.4 段页式虚拟存储器 181

6.6 辅助存储器 182

6.6.1 硬磁盘存储器 183

6.6.2 磁带存储器 185

6.6.3 光盘存储器 186

6.6.4 闪烁存储器和移动存储设备 189

习题6 191

第7章 中央处理器 196

7.1 中央处理器的功能及组成 196

7.1.1 CPU的功能 196

7.1.2 CPU的组成 196

7.1.3 CPU中的主要寄存器 198

7.2 指令周期 199

7.2.1 指令周期的基本概念 199

7.2.2 非访内指令的指令周期 201

7.2.3 直接访内指令的指令周期 203

7.2.4 间接访内指令的指令周期 205

7.2.5 程序控制指令的指令周期 207

7.3 组合逻辑控制器 207

7.4 微程序控制器 208

7.4.1 微程序控制器的基本概念 208

7.4.2 微程序控制器的组成原理 209

7.4.3 微指令结构 210

7.4.4 微指令的执行方式 216

7.4.5 微程序控制例题 217

7.5 流水线处理器 221

7.5.1 流水线原理 221

7.5.2 流水线分类 223

7.5.3 流水线中的相关问题 224

7.6 RISC CPU 227

7.6.1 RISC机的优点 227

7.6.2 RISC CPU 227

7.7 CPU的发展 229

7.7.1 CPU采用的新技术 229

7.7.2 CPU的新发展 231

习题7 235

第8章 系统总线 238

8.1 总线概述 238

8.1.1 总线的基本概念 238

8.1.2 总线原理 239

8.1.3 总线结构类型 239

8.1.4 总线的分类 241

8.2 总线的组成 243

8.2.1 总线驱动和三态门 243

8.2.2 总线控制 244

8.2.3 总线通信 246

8.2.4 出错处理 248

8.3 微机总线 248

8.3.1 ISA总线 248

8.3.2 EISA总线 249

8.3.3 MCA总线 249

8.3.4 局部总线PCI 249

8.3.5 AGP总线 250

8.3.6 通用串行总线USB 250

习题8 252

第9章 外围设备与多媒体技术 255

9.1 外围设备概述 255

9.1.1 什么是外围设备 255

9.1.2 外围设备的分类和功能 255

9.1.3 外围设备与主机系统的联系 258

9.1.4 外围设备的发展方向 259

9.2 输入设备 260

9.2.1 键盘 260

9.2.2 鼠标器 263

9.2.3 扫描仪 265

9.2.4 数码相机 268

9.3 显示设备 270

9.3.1 显示设备的分类 270

9.3.2 显示技术中的有关术语 271

9.3.3 显示器的工作原理 272

9.3.4 显示器的主要性能指标 274

9.3.5 显示控制卡 276

9.3.6 LCD显示器和CRT显示器的比较及显示技术未来发展趋势 278

9.4 打印机和绘图仪 279

9.4.1 打印机的分类 279

9.4.2 点阵针式打印机 280

9.4.3 激光打印机 283

9.4.4 喷墨打印机 284

9.4.5 打印机的主要性能指标 285

9.4.6 绘图仪 286

9.5 多媒体技术 288

9.5.1 多媒体概述 288

9.5.2 多媒体技术的特点 290

9.5.3 多媒体信息处理的关键技术 291

9.5.4 多媒体技术的应用领域 296

习题9 297

第10章 输入／输出系统 301

10.1 I/O系统概述 301

10.1.1 I/O系统的功能与组成 301

10.1.2 输入／输出设备的寻址方式 302

10.1.3 输入输出数据传送控制方式 303

10.2 程序查询输入／输出方式 304

10.2.1 程序查询方式的接口 304

10.2.2 程序查询输入／输出方式 305

10.3 程序中断输入输出方式 306

10.3.1 中断的基本概念 306

10.3.2 中断方式的接口 307

10.3.3 中断的响应和处理 308

10.3.4 多级中断 309

10.4 DMA方式 310

10.4.1 DMA方式的基本概念 310

10.4.2 DMA传送方式 311

10.4.3 基本的DMA控制器 312

10.4.4 DMA工作过程 313

10.5 通道方式 314

10.5.1 通道的作用和功能 314

10.5.2 通道的种类 315

10.5.3 通道的工作过程 316

习题10 317

第11章 计算机组成实验指南 320

11.1 THJZ-1型计算机组成原理实验系统概述 320

11.1.1 引言 320

11.1.2 系统组成与特点 320

11.1.3 系统通用电路简介 321

11.1.4 系统控制信号定义及说明 324

11.1.5 系统技术指标 325

11.1.6 系统使用与初始化 326

11.2 实验内容 327

11.2.1 实验一 运算器组成实验 327

11.2.2 实验二 存储器实验 329

11.2.3 实验三 数据通路实验 331

11.2.4 实验四 微程序控制实验 333

11.2.5 实验五 计算机组成与指令周期实验 336

11.3 集成电路说明及其他 341

11.3.1 集成电路说明 341

11.3.2 微指令代码表 343

11.3.3 8位数据通路原理图 343

习题答案 346

习题1 346

习题2 347

习题3 347

习题4 348

习题5 349

习题6 350

习题7 351

习题8 351

习题9 352

习题10 353

参考文献 354