计算机组成原理PDF电子书下载

第一篇概述 1

第1章计算机系统概论 1

目录 1

1-1计算机系统简介 2

1-1-1计算机简史 2

1-1-2计算机的应用 3

1-1-3计算机的发展趋势 4

1-1-4计算机体系结构和计算机组成 5

1-2-2图灵机的基本模型 6

1-2 图灵机 6

1-2-1 图灵及图灵机简介 6

1-2-3图灵机的功能 7

1-2-4图灵机与冯·诺依曼型计算机 7

1-3计算机的组织结构 8

1-3-1冯·诺依曼计算机的特点 8

1-3-2计算机的硬件框图 9

1-4-1虚拟机的概念 10

1-4计算机的层次结构 10

1-3-3非冯·诺依曼计算机 10

1-4-2虚拟机的层次结构 11

1-4-3硬件和软件的逻辑等价性 11

1-5计算机的性能指标 12

1-5-1 机器字长 12

1-5-2存储容量 12

1-6 小结 13

习题 13

1-5-3运算速度 13

第2章数字逻辑 15

2-1 布尔代数 16

2-1-1基本逻辑运算 16

2-1-2复合逻辑运算 17

2-2 门 17

2-3组合逻辑电路 19

2-3-1多路转换器 19

2-3-2译码器 20

2-3-3只读存储器 20

2-3-4加法器 21

2-4 时序电路 22

2-4-1 触发器 22

24-2寄存器 23

2-4-3计数器 24

2-5 小结 26

习题 26

第二篇计算机系统 27

第3章系统总线 27

3-1计算机系统互连结构 28

3-2总线的基本概念 29

第6章输入输出系统 1 31

3-3总线内部结构 33

3-4总线连接方式 34

3-5总线设计要素 37

3-6 PCI总线 42

3-6-1 多总线分级结构 42

3-6-2总线内部结构 43

3-6-3总线周期类型 45

3-6-4总线周期操作 46

3-6-5 总线仲裁 48

3-7 小结 49

习题 50

第4章存储器 51

4-1-1存储器的特性 52

4-1存储器概述 52

4-1-2存储器分类 53

4-1-3存储器的层次结构 54

4-2半导体主存储器 56

4-2-1 半导体存储器的分类 56

4-2-3芯片逻辑 58

4-2-2半导体存储器的组织 58

4-2-4 DRAM的刷新 60

4-2-5芯片的封装 61

4-3存储器与CPU连接 62

4-3-1存储容量的扩展 63

4-3-2存储器与CPU的连接 65

第7章信息的表示 1 67

第三篇中央处理器（CPU） 67

4-3-3提高存取速度的措施 68

4-4高速缓冲存储器（Cache） 68

4-4-1 原理 69

4-4-2 Cache的设计要素 70

4-4-3 PentiumⅡ的Cache组织 77

4-5虚拟存储器 79

4-5-1虚拟存储器的基本概念 79

4-5-2页式虚拟存储器 80

4-5-3段式虚拟存储器 81

4-5-4段页式虚拟存储器 82

4-5-5替换算法 84

4-6 小结 84

习题 85

第5章外围设备 87

5-1 概述 88

5-1-1 外部设备的一般功能与组成 88

5-1-2外部设备的分类 88

5-1-3调用I/O设备的层次 90

5-2键盘 91

5-2-1硬件扫描键盘 91

5-2-2软件扫描键盘 92

5-3-1显示方式与常见显示规格 94

5-3 显示设备 94

5-3-2光栅扫描成像原理 95

5-3-3屏幕显示与显示缓存间的对应关系 98

5-4打印设备 102

5-4-1打印设备的分类 102

5-4-2点阵针式打印机 103

5-4-3激光打印机 104

5-4-5几种打印机的比较 105

5-4-4喷墨打印机 105

5-5外部存储器 106

5-5-1磁盘 106

5-5-2 RAID（磁盘冗余阵列） 109

5-5-3光存储器 116

5-5-4磁带 118

5-6外部接口：SCSI和FireWire 119

5-6-1接口的类型 119

5-6-2点对点和多点配置 119

5-6-3小型计算机系统接口（SCSI） 119

5-6-4FireWire串行总线 123

习题 127

5-7 小结 127

6-1-1输入输出接口 132

6-1-2接口的功能、基本组成和类型 132

6-1输入输出系统概述 132

6-1-3外设的识别与端口寻址 134

6-1-4输入输出信息传送控制方式 136

6-2程序查询方式及其接口 137

6-2-1程序查询方式 137

6-2-2程序查询方式接口 138

6-3程序中断方式及其接口 140

6-3-1 中断的基本概念 140

6-3-2中断请求和中断判优 142

6-3-3中断响应和中断处理 144

6-3-4多重中断与中断屏蔽 146

6-3-5中断全过程 148

6-3-6程序中断接口结构 149

6-3-7中断控制器 149

6-4 DMA方式及其接口 151

6-4-1 DMA方式的基本概念 151

6-4-2DMA接口 152

6-4-3 DMA传送方法与传送过程 155

6-4-4 DMA控制器与外设的接口 158

6-5通道方式及其接口 159

6-5-1通道的基本概念 159

6-5-2通道的类型 160

6-5-3通道工作过程 162

6-6小结 163

习题 164

7-1定点数的表示方法 168

7-1-1原码表示法 168

7-1-2补码表示法 168

7-2浮点数的表示方法 169

7-2-1 原理 169

7-2-2二进制浮点表示的IEEE标准 171

7-3文字信息的表示 172

7-3-1字符与字符串的表示 172

7-3-2汉字的表示 173

7-4其他信息的表示 174

7-4-1语音的计算机表示方法 174

7-4-3图形的计算机表示 175

7-4-2位图图像的计算机表示 175

7-5 小结 176

习题 176

第8章运算方法和运算器 177

8-1定点算术运算 178

8-1-1加法和减法 178

8-1-2溢出 178

8-1-3乘法 179

8-1-4除法 181

8-2浮点算术运算 183

8-2-1加法和减法 183

8-2-2乘法和除法 184

8-2-3舍入 186

8-4算术／逻辑单元（ALU） 187

8-4-1 ALU的组成 187

8-3逻辑运算 187

8-4-2先行进位的实现 188

8-5 小结 190

第9章指令系统 191

9-1指令系统的发展与性能要求 192

9-1-1指令系统的发展 192

9-1-2指令系统性能的要求 192

9-1-3低级语言与硬件结构的关系 193

9-2机器指令的设计要素 194

9-2-1机器指令要素 194

9-2-2指令表示 194

9-2-3指令类型 195

9-2-4地址数目 196

9-2-5指令集设计 196

9-3指令格式 197

9-3-1操作码 197

9-3-2地址码 198

9-3-3指令字长 199

9-4操作数类型和操作类型 200

9-4-1操作数类型 200

9-4-2操作类型 201

9-5指令和操作数的寻址方式 203

9-5-1指令的寻址方式 203

9-5-2操作数寻址方式 204

9-6 RISC技术 211

9-6-1 RISC的产生和发展 211

9-6-2 RISC的主要特征 213

9-6-3 RISC和CISC的比较 215

9-7小结 217

习题 217

第10章CPU的结构与功能 219

10-1处理器组织 220

10-2-2控制和状态寄存器 221

10-2寄存器组织 221

10-2-1用户可见寄存器 221

10-3控制器 223

10-4指令周期 224

10-5时序产生器 224

10-5-1 时序信号 224

1-5-2时序信号产生器 225

10-6指令流水 226

10-6-1流水线策略 226

10-6-2流水线的主要问题 228

10-7RISC的硬件结构 230

10-8 Pentium处理器 230

10-8-1 Pentium的结构框图 230

10-8-2寄存器组织 231

习题 232

10-9 小结 232

第11章控制单元的功能 233

第四篇控制单元（CU） 233

11-1 微操作 234

11-2指令周期分析 234

11-2-1取指周期 235

11-2-2间址周期 235

11-2-3执行周期 235

11-2-4中断周期 237

11-3 CPU控制 237

11-3-1功能需求 237

11-3-2控制信号 238

11-3-3控制方式 239

11-3-4控制信号举例 240

11-3-5 CPU内部组织 242

习题 245

11-4小结 245

第12章控制单元的设计 247

12-1硬布线控制器 248

12-1-1控制器输入 248

12-1-2控制器逻辑 248

12-2微程序控制器 249

12-2-1基本概念 249

12-2-2微程序控制器 250

12-2-3微指令编码 254

12-2-4微地址的形成方法 254

12-2-5微指令格式 255

12-3小结 256

习题 256

参考文献 257