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第1章 计算机系统概述 1

1.1 计算机的发展历程 1

1.2 计算机硬件的基本组成 2

1.2.1 主存储器 2

1.2.2 运算器 3

1.2.3 控制器 3

1.2.4 输入输出设备 3

1.2.5 计算机的总线结构 4

1.3 程序设计语言和计算机的层次结构 4

1.4 计算机的主要性能指标 6

1.4.1 机器字长 6

1.4.2 运行速度 6

习题 7

第2章 运算方法与运算器 8

2.1 数制与编码 8

2.1.1 进位计数制及其相互转换 8

2.1.2 机器数的表示 10

2.1.3 十进制数的二进制编码 14

2.1.4 非数值数据的表示 16

2.1.5 数据信息的校验 19

2.2 机器数的定点表示和浮点表示 25

2.2.1 定点数的表示 25

2.2.2 浮点数的表示 26

2.3 定点数加减法运算 28

2.3.1 加法器及其进位链 28

2.3.2 原码加减运算方法 32

2.3.3 补码加减运算方法 33

2.3.4 补码加减运算的逻辑实现 36

2.4 定点数移位运算 37

2.5 定点乘法运算 38

2.5.1 原码乘法运算 39

2.5.2 补码乘法运算 44

2.5.3 阵列乘法器 49

2.6 定点除法运算 50

2.6.1 原码除法运算 50

2.6.2 补码除法运算 55

2.6.3 阵列除法器 57

2.7 浮点数的四则运算 59

2.7.1 浮点加减运算 59

2.7.2 浮点乘除运算 61

2.8 运算器的组织 64

2.8.1 逻辑运算与算术逻辑单元ALU 64

2.8.2 定点运算器的组成与结构 66

2.8.3 浮点运算器的组成与结构 70

习题 71

第3章 存储器和存储体系 73

3.1 存储器概述 73

3.1.1 存储器的分类 73

3.1.2 存储器的性能指标 75

3.2 半导体随机存取存储器 75

3.2.1 静态随机存取存储位元 76

3.2.2 动态随机存取存储位元 77

3.2.3 半导体随机存取存储芯片 79

3.2.4 高级DRAM 86

3.3 半导体只读存储器 89

3.3.1 掩模型只读存储器 89

3.3.2 一次可编程只读存储器 90

3.3.3 可擦除可编程只读存储器 90

3.3.4 电可擦除可编程只读存储器 91

3.3.5 Flash存储器 92

3.4 主存储器的组织 93

3.4.1 主存储器容量的扩充 93

3.4.2 主存储器的编址方式 96

3.5 并行存储器 98

3.5.1 双端口存储器 98

3.5.2 多模块交叉存储器 98

3.5.3 相联存储器 100

3.6 高速缓冲存储器cache 101

3.6.1 cache的基本原理 101

3.6.2 地址映像 101

3.6.3 替换算法 106

3.6.4 cache的读写策略 107

3.7 虚拟存储器 108

3.7.1 虚拟存储器的基本概念 108

3.7.2 页式虚拟存储器 109

3.7.3 段式虚拟存储器 110

3.7.4 段页式虚拟存储器 112

3.7.5 快表与慢表 112

3.8 存储体系的层次结构 113

习题 114

第4章 指令系统 116

4.1 指令系统的基本概念 116

4.1.1 指令和指令系统 116

4.1.2 指令的格式 117

4.1.3 指令的类型 121

4.2 寻址方式 125

4.2.1 数据寻址 125

4.2.2 指令寻址 130

4.3 RISC技术 131

4.3.1 RISC的产生及发展 131

4.3.2 RISC的主要特征 132

4.3.3 RISC与CISC的比较 133

4.4 指令系统设计举例 135

4.4.1 JU-C1模型机指令系统 135

4.4.2 JU-C1模型机汇编程序设计举例 139

习题 140

第5章 控制器和中央处理器 141

5.1 控制器概述 141

5.1.1 控制器基本组成 141

5.1.2 控制器的工作过程 142

5.1.3 控制器的实现方式 143

5.2 模型机CPU的数据通路 143

5.3 指令执行流程 145

5.3.1 取指令阶段 145

5.3.2 取操作数阶段 146

5.3.3 执行阶段 147

5.3.4 指令执行的微操作序列举例 147

5.4 组合逻辑控制器 150

5.4.1 同步控制和异步控制 150

5.4.2 多级时序系统 151

5.4.3 组合逻辑控制器的设计 154

5.5 微程序控制器 157

5.5.1 微程序控制基本原理 157

5.5.2 微指令编码方式 159

5.5.3 微程序的顺序控制 162

5.5.4 微程序控制的时序 163

5.6 模型机的微程序控制器设计 165

5.6.1 微指令编码设计 165

5.6.2 微地址形成逻辑 166

5.6.3 微程序设计举例 169

5.7 流水线技术 172

5.7.1 流水线的基本原理 172

5.7.2 流水线的性能指标 173

5.7.3 流水线的分类 173

5.7.4 指令流水线的相关与冲突 174

5.7.5 超标量与超流水线 176

习题 177

第6章 输入输出系统 181

6.1 常用输入设备和输出设备 181

6.1.1 输入设备 181

6.1.2 输出设备 184

6.2 辅助存储器 190

6.2.1 磁记录原理及记录方式 190

6.2.2 磁盘存储器 193

6.2.3 磁带存储器 201

6.2.4 光盘存储器 202

6.3 输入输出接口 205

6.3.1 接口概述 206

6.3.2 接口功能和组成 206

6.3.3 I/O端口的编址方式 208

6.3.4 接口的类型 209

6.3.5 I/O接口与主机之间信息传送的控制方式 209

6.4 程序查询控制方式 210

6.4.1 基本概念 210

6.4.2 程序查询方式的工作流程 210

6.4.3 程序查询方式的接口组成 211

6.5 程序中断方式 213

6.5.1 中断的基本概念 213

6.5.2 中断的基本过程和相关概念 215

6.5.3 中断优先级 216

6.5.4 中断响应 218

6.5.5 中断服务程序入口地址的获取 219

6.5.6 中断嵌套和中断屏蔽 221

6.6 直接存储器存取（DMA）方式 225

6.6.1 DMA方式的基本概念 225

6.6.2 DMA方式的传送过程 226

6.6.3 DMA的传送方式 227

6.6.4 DMA的接口组成 229

6.7 I/O通道控制方式 230

6.7.1 通道的基本概念 230

6.7.2 通道的功能 230

6.7.3 通道的类型 231

6.7.4 通道的工作过程 233

6.7.5 通道结构的发展 234

习题 234

第7章 系统总线 237

7.1 总线概述 237

7.1.1 总线的特性及性能指标 238

7.1.2 总线的分类 239

7.1.3 系统总线标准化 240

7.1.4 系统总线的结构形式 242

7.2 系统总线仲裁方式 244

7.2.1 总线争用和仲裁的定义 244

7.2.2 集中式总线仲裁 245

7.2.3 分布式总线仲裁 247

7.3 系统总线操作时序和操作方式 248

7.3.1 操作时序的类型 249

7.3.2 系统总线操作方式 253

7.4 典型微机系统总线结构举例 254

7.4.1 ISA总线结构 254

7.4.2 PCI总线结构 254

7.4.3 PCI Express总线结构 258

习题 261