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第一章 计算机系统概述 1

1.1计算机系统的基本组成及其层次结构 2

1.2计算机硬件的五个功能部件及其功能 5

1.3计算机系统主要的技术与性能指标 8

1.4计算机的体系结构、组成和实现概述 11

1.5计算机发展进步、分类和拓展应用的进程 12

1.6本章内容小结和学习方法建议 15

习题1 16

第二章 数字电路基础及其在计算机中的基本应用 17

2.1数字电路的基本元件 18

2.1.1二极管与三极管 18

2.1.2应用案例 20

2.2数字电路基础及其相关处理方法 22

2.2.1三种基本逻辑关系 22

2.2.2逻辑函数及其描述方法 25

2.2.3逻辑函数的特性、规则与应用 27

2.3组合逻辑电路及时序逻辑电路的应用 28

2.3.1常用逻辑门器件 29

2.3.2组合逻辑电路的应用案例 32

2.3.3触发器 34

2.3.4存储器芯片简介 36

2.3.5时序逻辑电路的应用案例 37

2.4现场可编程逻辑器件及其应用 38

2.4.1现场可编程器件概述 39

2.4.2 CPLD和FPGA应用案例 41

2.4.3现场可编程器件应用案例 42

2.5本章内容小结和学习方法建议 47

习题2 47

第三章 数据表示、运算算法和线路实现 50

3.1数字化信息编码的概念和二进制编码知识 51

3.1.1数字化信息编码的概念 51

3.1.2二进制编码和码制转换 51

3.1.3检错/纠错码 58

3.2数据表示——常用的信息编码 63

3.2.1逻辑类型数据的表示 63

3.2.2字符类型数据的表示 64

3.2.3多媒体信息编码 67

3.2.4数值类型数据的表示 69

3.3二进制数值数据的编码方案与运算算法 75

3.3.1原码、反码、补码的定义 75

3.3.2补码加、减运算规则和电路实现 80

3.3.3原码一位乘法、除法的实现方案 82

3.3.4实现乘法、除法的其他方案 88

3.4本章内容小结和学习方法建议 94

习题3 95

第四章 运算器 96

4.1算术逻辑部件的功能设计与线路实现 97

4.2定点运算器 99

4.2.1定点运算器的功能、组成与控制概述 99

4.2.2运算器芯片Am2901实例与使用 101

4.2.3简化TEC-2000计算机的定点运算器 105

4.2.4 MIPS多周期CPU系统运算器的组成、功能与实现 106

4.3浮点运算和浮点运算器 110

4.3.1浮点数的运算规则 111

4.3.2浮点运算器举例 117

4.4本章内容小结和学习方法建议 119

习题4 120

第五章 指令系统和汇编语言程序设计 122

5.1指令格式和指令系统概述 123

5.1.1指令的定义和指令格式 123

5.1.2操作码的组织与编码 124

5.1.3有关操作数的类型、个数、来源、去向和地址安排 125

5.1.4指令的分类 126

5.1.5指令周期及其对计算机性能和硬件结构的影响 128

5.2基本寻址方式概述 129

5.3指令系统举例 133

5.3.1 Pentium Ⅱ计算机的指令系统 134

5.3.2 PDP-11计算机的指令系统 137

5.3.3 TEC-2000计算机的指令系统 139

5.3.4 MIPS32计算机的指令系统 144

5.3.5 MIPS16e计算机的指令系统 145

5.4 MIPS16e计算机的汇编语言程序设计 151

5.4.1汇编语言及其程序设计中的有关概念 151

5.4.2 MIPS16e计算机的汇编语言程序设计举例 153

5.5本章内容小结和学习方法建议 156

习题5 157

第六章 控制器 159

6.1控制器的功能与组成概述 160

6.2硬连线控制器 161

6.2.1硬连线控制器的组成和运行原理简介 162

6.2.2 MIPS32计算机的控制器简介 163

6.2.3 TEC-2000和TH-FPGA教学计算机控制器概述 169

6.2.4 MIPS16e计算机控制器部件的组成与设计 175

6.3微程序控制器部件 195

6.3.1微程序控制器的基本组成和运行原理 196

6.3.2微程序设计中的下地址形成逻辑和微程序设计 199

6.4指令流水线的概念和实现技术 203

6.4.1流水线的基本概念和主要性能指标 203

6.4.2指令流水线中的相关问题及其解决方案 206

6.4.3 MIPS16e的指令流水CPU系统的设计简介 207

6.4.4指令级并行技术 214

6.5本章内容小结和学习方法建议 216

习题6 217

第七章 存储器系统及其层次结构 219

7.1存储器的性能指标与分类 220

7.1.1存储器的性能指标 220

7.1.2存储器的分类 220

7.2半导体存储器 222

7.2.1半导体存储器的类型 222

7.2.2存储器芯片 222

7.2.3提高存储器速度的技术 228

7.3主存储器的组成与设计 234

7.3.1主存与CPU的连接 234

7.3.2主存的扩展 235

7.3.3教学计算机内存的组成与设计 237

7.3.4 Moore定律与Nathan定律 244

7.4外存设备与RAID技术 245

7.4.1外存的主要技术指标 246

7.4.2磁盘设备的组成与运行原理 247

7.4.3磁盘阵列技术与RAID盘 249

7.4.4光盘存储设备的组成与运行原理 252

7.5存储器系统的层次结构 259

7.5.1层次存储器结构 259

7.5.2三级结构的存储器系统 260

7.5.3存储系统运行应遵循的原则 260

7.6高速缓存Cache 262

7.6.1 Cache存储器的运行原理 262

7.6.2 Cache的3种地址映像方式 266

7.7虚拟存储器 277

7.7.1虚拟存储器概述 277

7.7.2虚拟存储器的管理方式 278

7.7.3快表和存储保护 281

7.7.4虚拟存储器与Cache的比较 281

7.8本章内容小结和学习方法建议 282

习题7 283

第八章 输入输出设备和I/O系统 285

8.1基本输入输出设备 286

8.1.1输入输出设备概述 286

8.1.2点阵式设备运行原理概述 286

8.1.3计算机键盘与鼠标设备简介 288

8.1.4显示器的组成和运行原理 289

8.1.5打印输出设备 295

8.2计算机总线和接口 301

8.2.1总线概述 301

8.2.2主要性能指标与标准 302

8.2.3总线仲裁和数据传输控制 306

8.2.4输入输出接口的基本功能 308

8.2.5通用可编程接口的一般组成和串行接口实例 310

8.3常用输入输出方式 316

8.3.1常用的输入输出方式 316

8.3.2中断的概念和中断处理过程 319

8.3.3 DMA及其处理过程 326

8.3.4通道方式 331

8.4本章内容小结和学习方法建议 332

习题8 333

第九章 并行计算机体系结构 336

9.1片内并行 338

9.1.1指令级并行 338

9.1.2片内多线程 339

9.1.3单片多处理器 342

9.2协处理器 343

9.3多处理器与多计算机系统 344

9.3.1多处理器系统 344

9.3.2多计算机系统 345

9.4共享内存的多处理器系统 347

9.4.1 UMA对称多处理器体系结构 347

9.4.2 NUMA多处理器系统 351

9.4.3 COMA多处理器系统 356

9.5消息传递的多计算机系统 357

9.5.1大规模并行处理器 357

9.5.2集群计算机 361

9.6本章内容小结和学习方法建议 365

习题9 366

参考文献 367