计算机组成原理PDF电子书下载

1　计算机系统概论 1

1.1　计算机发展简史 1

1.2　计算机组成和工作原理 2

1.2.1　计算机的基本组成 2

1.2.2　计算机的工作过程 3

1.2.3　计算机的特点 5

1.2.4　计算机的性能指标 6

1.3　计算机分类及其应用 8

1.3.1　计算机的分类 8

1.3.2　计算机的应用 9

1.4　计算机系统的组成 10

1.4.1　计算机硬件系统 10

1.4.2　计算机软件系统 11

1.4.3　计算机系统的层次结构 11

小结 13

练习与思考 13

2　数字逻辑基础 14

2.1　三种基本逻辑操作及布尔代数的基本公式 14

2.1.1　三种基本逻辑操作 14

2.1.2　逻辑代数的运算法则 14

2.2　逻辑电路 15

2.3　触发器 16

2.3.1　R-S触发器 16

2.3.2　D触发器 17

2.4　加法器 18

2.5　寄存器 18

2.5.1　基本寄存器 19

2.5.2　移位寄存器 19

2.6　计数器 20

2.6.1　二进制计数器 20

2.6.2　十进制计数器 21

2.7　译码器及分配器 22

2.7.1　译码器 22

2.7.2　分配器 23

小结 24

练习与思考 25

3　计算机数据表示 26

3.1　进位计数制及其相互转换 26

3.1.1　进位计数制 26

3.1.2　二进制 27

3.1.3　八进制与十六进制 28

3.1.4　十进制与二进制的相互转换 30

3.2　计算机数值数据的表示方法 31

3.2.1　机器数和真值 31

3.2.2　计算机符号数的表示方法 32

3.2.3　机器数的定点与浮点表示 37

3.3　二-十进制数字编码 41

3.3.1　8421 BCD码 41

3.3.2　其他带权BCD码 42

3.3.3　几种4位无权码 43

3.4　字符编码 44

3.4.1 字符与字符串的表示方法 44

3.4.2　计算机汉字信息表示方法—汉字编码 46

3.5　数据校验码 52

3.5.1　奇偶校验码 52

3.5.2　海明校验码 52

3.5.3　循环冗余校验码 54

小结 56

练习与思考 57

4　运算方法和运算器 59

4.1　定点加法、减法运算 59

4.1.1　补码加法运算 59

4.1.2　补码减法运算 61

4.1.3　溢出概念与检测方法 62

4.1.4　基本的二进制加法、减法器 64

4.1.5　基本的十进制加法器 66

4.2　定点乘法运算 68

4.2.1　原码一位乘法 68

4.2.2　补码一位乘法 72

4.2.3　阵列乘法器 77

4.3　定点除法运算 78

4.3.1　原码一位除法 78

4.3.2　补码一位除法 82

4.3.3　阵列除法器 84

4.4　逻辑运算 87

4.4.1　逻辑非 88

4.4.2　逻辑加 88

4.4.3　逻辑乘 89

4.4.4　逻辑异或 89

4.5　定点运算器的组成和结构 90

4.5.1 多功能算术-逻辑运算单元（ALU） 90

4.5.2 内部总线 92

4.5.3　运算器的基本结构 93

4.5.4　运算器组成实例 95

4.6　浮点算术运算方法和浮点运算器 96

4.6.1　浮点加法和减法 96

4.6.2　浮点乘法运算 99

4.6.3　浮点除法运算 99

4.6.4　浮点运算器 100

小结 101

练习与思考 101

5　存储系统 103

5.1　存储器概述 103

5.1.1　主存储器处于全机中心地位 103

5.1.2　存储器分类 103

5.1.3　存储器的分级结构 105

5.1.4　主存储器的技术指标 106

5.2　随机读写存储器 106

5.2.1　SRAM存储器 107

5.2.2 DRAM存储器 114

5.2.3　存储器的读写操作 119

5.3　非易失性半导体存储器 119

5.4　高速存储器 121

5.4.1 多体交叉存储器 121

5.4.2　双端口存储原理 125

5.5 Cache存储器 125

5.5.1 Cache基本原理 125

5.5.2　主存与Cache的地址映射 128

5.5.3　替换策略 130

5.5.4 Cache的写操作策略 131

5.6　虚拟存储器 132

5.6.1　虚拟存储器的基本概念 132

5.6.2　页式虚拟存储器 135

5.6.3　段式虚拟存储器 136

5.6.4　段页式虚拟存储器 138

5.6.5　替换算法 140

5.7　存储保护 141

5.7.1　存储区域保护 141

5.7.2　访问方式保护 143

5.8　硬磁盘存储设备 144

5.8.1　磁记录原理 144

5.8.2　硬磁盘机的基本组成和分类 147

5.8.3　硬磁盘驱动器和控制器 148

5.8.4　磁盘上信息的分布 150

5.8.5　磁盘存储器的技术指标 151

5.9　软磁盘存储设备 152

5.9.1　软磁盘存储器与硬磁盘存储器的异同 152

5.9.2　软磁盘片 153

5.9.3　软磁盘驱动器和控制器 154

5.10　光盘存储设备 155

5.10.1　光盘的分类 155

5.10.2　光盘的读写原理 157

5.10.3　光盘存储器的组成 158

5.10.4 CD-ROM驱动器及其接口 159

5.11　硬盘、软盘、磁带和光盘存储器的综合比较 160

小结 161

练习与思考 163

6　指令系统 165

6.1　指令系统的发展与性能要求 165

6.1.1　指令系统的发展 165

6.1.2　指令系统的性能要求 166

6.1.3　计算机语言与硬件结构的关系 167

6.2　指令格式 167

6.2.1　操作码 168

6.2.2　地址码 168

6.2.3　指令字长度 170

6.2.4　指令格式举例 170

6.3　指令和数据的寻址方式 171

6.3.1　指令的寻址方式 171

6.3.2　操作数的寻址方式 171

6.3.3　寻址方式举例 174

6.4　指令系统 175

6.4.1　指令的分类 176

6.5　基本指令系统 179

小结 181

练习与思考 181

7　中央处理器 183

7.1 CPU的功能和组成 183

7.1.1　CPU的功能 183

7.1.2 CPU的基本组成 184

7.1.3 CPU中的寄存器 185

7.1.4　操作控制器与时序产生器 186

7.2　指令周期 187

7.2.1　指令周期的基本概念 187

7.2.2 CLA的指令周期 189

7.2.3 ADD指令周期 191

7.2.4 STA指令的指令周期 194

7.2.5 JMP指令的指令周期 196

7.3　时序系统和控制方式 198

7.3.1　时序系统 198

7.3.2　控制器的控制方式 198

7.4　硬布线控制器 200

7.5　微程序控制器 204

7.5.1　微程序控制的基本原理 205

7.5.2　微指令和微操作 206

7.5.3　微指令和微程序 207

7.6　微程序设计 208

7.6.1　微命令编码 208

7.6.2　微地址的确定方法 209

7.6.3　微指令的格式 210

7.6.4　微程序举例 213

7.7　流水CPU 215

7.7.1　并行处理技术 215

7.7.2　流水控制方式 216

7.7.3　流水线分类 217

7.8 CPU结构举例 217

7.8.1 8086 CPU 217

7.8.2 80486 CPU 219

7.8.3 Pentium微处理器 220

小结 221

练习与思考 222

8　总线系统 225

8.1　假如没有总线 225

8.2　总线的作用 225

8.2.1　数据总线 226

8.2.2　地址总线 226

8.2.3　控制总线 226

8.3　总线的标准化 227

8.4　系统总线结构 228

8.4.1　单总线结构 229

8.4.2　双总线结构 230

8.4.3 三总线结构 230

8.5　总线的操作 231

8.5.1　总线仲裁机构的操作 231

8.5.2　总线对数据的传送 233

小结 234

练习与思考 235

9　外围设备 236

9.1　外围设备概述 236

9.1.1　外围设备的一般功能 236

9.1.2　外围设备的分类 237

9.2　输入设备 238

9.2.1　图形输入设备 238

9.2.2　图像输入设备 240

9.2.3　语音输入设备 242

9.3　显示设备 243

9.3.1　显示设备的分类与有关概念 243

9.3.2　字符-图形显示 244

9.3.3　图像显示设备 247

9.3.4 IBM-PC系列机的显示系统 248

9.4　打印设备 250

小结 254

练习与思考 254

10　输入／输出实现 256

10.1　接口的概念 256

10.1.1 串行传送 256

10.1.2　并行传送 257

10.1.3　分时传送 257

10.2　输入／输出的定时方式和信息交换方式 258

10.2.1 输入／输出的定时方式 258

10.2.2　输入／输出的信息交换方式 259

10.3　程序中断方式 260

10.3.1 中断源的确定 261

10.3.2　中断的级别层次 263

10.4　直接存储器存取（DMA）方式 264

10.4.1　直接存储器存取的实现原理 264

10.4.2　DMA的传送方式 266

10.4.3　DMA控制器的组成 268

10.4.4　DMA方式的应用 270

10.5　通道控制方式 271

10.5.1　通道的工作过程 273

10.5.2　通道技术的发展 274

10.6　并行输入／输出标准接口SCSI 274

小结 275

练习与思考 276

11　计算机系统组织 278

11.1　冯·诺依曼结构的计算机 278

11.2　输入／输出结构 279

11.2.1　直接内存访问结构 282

11.3　存储器结构 283

11.3.1 内存 284

11.3.2　磁盘 284

11.3.3　磁带 286

11.4　存储体系 286

11.4.1　高速缓冲 287

11.5　双工系统 287

11.6　阵列机和并行机组织 288

11.7　网络结构 289

11.8　量子计算机和分子计算机 292

小结 293

练习与思考 293

参考文献 295