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第一章 计算机系统概论 1

1.1 计算机的分类 1

1.2 计算机的发展简史 2

1.2.1 计算机的五代变化 2

1.2.2 半导体存储器的发展 3

1.2.3 微处理器的发展 3

1.2.4 计算机的性能指标 5

1.3 计算机的硬件 6

1.3.1 硬件组成要素 6

1.3.2 运算器 7

1.3.3 存储器 7

1.3.4 控制器 8

1.3.5 适配器与输入输出设备 11

1.4 计算机的软件 11

1.4.1 软件的组成与分类 11

1.4.2 软件的发展演变 12

1.5 计算机系统的层次结构 13

1.5.1 多级组成的计算机系统 13

1.5.2 软件与硬件的逻辑等价性 14

本章小结 15

习题 15

第二章 运算方法和运算器 16

2.1 数据与文字的表示方法 16

2.1.1 数据格式 16

2.1.2 数的机器码表示 19

2.1.3 字符与字符串的表示方法 23

2.1.4 汉字的表示方法 24

2.1.5 校验码 25

2.2 定点加法与减法运算 26

2.2.1 补码加法 26

2.2.2 补码减法 27

2.2.3 溢出概念与检测方法 28

2.2.4 基本的二进制加法／减法器 29

2.3 定点乘法运算 30

2.3.1 人工算法与机器算法的同异性 30

2.3.2 并行乘法器 31

2.4 定点除法运算 36

2.4.1 原码除法算法原理 36

2.4.2 并行除法器 37

2.5 定点运算器的组成 40

2.5.1 逻辑运算 40

2.5.2 多功能算术／逻辑运算单元（ALU） 42

2.5.3 内部总线 46

2.5.4 定点运算器的基本结构 47

2.6 浮点运算方法和浮点运算器 48

2.6.1 浮点加法与减法运算 48

2.6.2 浮点乘法与除法运算 51

2.6.3 浮点运算流水线 53

2.6.4 浮点运算器实例 55

本章小结 57

习题 57

第三章 存储系统 59

3.1 存储器概述 59

3.1.1 存储器的分类 59

3.1.2 存储器的分级 60

3.1.3 主存储器的技术指标 60

3.2 SRAM存储器 61

3.2.1 基本的静态存储元阵列 61

3.2.2 基本的SRAM逻辑结构 62

3.2.3 读／写周期波形图 63

3.3 DRAM存储器 64

3.3.1 DRAM存储元的记忆原理 64

3.3.2 DRAM芯片的逻辑结构 65

3.3.3 读／写周期、刷新周期 66

3.3.4 存储器容量的扩充 67

3.4 只读存储器和闪速存储器 69

3.4.1 只读存储器ROM 69

3.4.2 FLASH存储器 72

3.5 并行存储器 75

3.5.1 双端口存储器 75

3.5.2 多模块交叉存储器 77

3.6 cache存储器 81

3.6.1 cache基本原理 81

3.6.2 主存与cache的地址映射 82

3.6.3 替换策略 86

3.6.4 cache的写操作策略 86

3.6.5 Pentium 4的cache组织 87

3.7 虚拟存储器 88

3.7.1 虚拟存储器的基本概念 88

3.7.2 虚拟存储器分类 89

3.7.3 替换算法 92

3.7.4 虚拟存储器实例 94

3.8 存储保护 95

3.8.1 存储区域保护 95

3.8.2 访问方式保护 97

本章小结 98

习题 98

第四章 指令系统 100

4.1 指令系统的发展与性能要求 100

4.1.1 指令系统的发展 100

4.1.2 对指令系统性能的要求 101

4.1.3 低级语言与硬件结构的关系 101

4.2 指令格式 102

4.2.1 操作码 102

4.2.2 地址码 103

4.2.3 指令字长度 104

4.2.4 指令助记符 104

4.2.5 指令格式举例 105

4.3 操作数类型 107

4.3.1 一般的数据类型 107

4.3.2 Pentium数据类型 108

4.3.3 PowerPC数据类型 108

4.4 指令和数据的寻址方式 109

4.4.1 指令的寻址方式 109

4.4.2 操作数基本寻址方式 110

4.4.3 寻址方式举例 113

4.5 典型指令 116

4.5.1 指令的分类 116

4.5.2 基本指令系统的操作 117

4.5.3 精简指令系统 118

本章小结 120

习题 121

第五章 中央处理机 123

5.1 CPU的功能和组成 123

5.1.1 CPU的功能 123

5.1.2 CPU的基本组成 123

5.1.3 CPU中的主要寄存器 124

5.1.4 操作控制器与时序发生器 126

5.2 指令周期 126

5.2.1 指令周期的基本概念 126

5.2.2 MOV指令的指令周期 128

5.2.3 LAD指令的指令周期 130

5.2.4 ADD指令的指令周期 131

5.2.5 STO指令的指令周期 132

5.2.6 JMP指令的指令周期 133

5.2.7 用方框图语言表示指令周期 135

5.3 时序发生器 136

5.3.1 时序信号的作用和体制 136

5.3.2 时序信号发生器 137

5.4 微程序控制器 139

5.4.1 微程序控制原理 139

5.4.2 微程序设计技术 145

5.5 传统CPU 149

5.5.1 Intel 8088 CPU 149

5.5.2 IBM 370系列CPU 150

5.6 流水CPU 151

5.6.1 并行处理技术 151

5.6.2 流水CPU的结构 152

5.6.3 流水线中的主要问题 154

5.6.4 奔腾CPU 156

5.7 RISC CPU 160

5.7.1 RISC机器的特点 160

5.7.2 RISC CPU实例 162

5.8 多媒体CPU 165

5.8.1 多媒体技术的主要问题 165

5.8.2 MMX技术 166

本章小结 169

习题 169

第六章 总线系统 173

6.1 总线的概念和结构形态 173

6.1.1 总线的基本概念 173

6.1.2 总线的连接方式 174

6.1.3 总线的内部结构 176

6.2 总线接口 177

6.2.1 信息传送方式 177

6.2.2 总线接口的基本概念 178

6.3 总线的仲裁 180

6.3.1 集中式仲裁 180

6.3.2 分布式仲裁 182

6.4 总线的定时和数据传送模式 183

6.4.1 总线的定时 183

6.4.2 总线数据传送模式 185

6.5 HOST总线和PCI总线 186

6.5.1 多总线结构 186

6.5.2 PCI总线信号 187

6.5.3 总线周期类型 188

6.5.4 总线周期操作 189

6.5.5 总线仲裁 191

6.6 InfiniBand标准 191

本章小结 192

习题 193

第七章 外围设备 195

7.1 外围设备概述 195

7.1.1 外围设备的一般功能 195

7.1.2 外围设备的分类 195

7.2 磁盘存储设备 196

7.2.1 磁记录原理 196

7.2.2 硬磁盘的组成和分类 199

7.2.3 磁盘驱动器和控制器 200

7.2.4 磁盘上信息的分布 201

7.2.5 磁盘存储器的技术指标 202

7.3 磁盘存储设备的技术发展 203

7.3.1 磁盘cache 203

7.3.2 磁盘阵列RAID 204

7.3.3 可移动存储设备 205

7.4 磁带存储设备 205

7.5 光盘和磁光盘存储设备 207

7.5.1 光盘存储设备 207

7.5.2 磁光盘存储设备 209

7.6 显示设备 210

7.6.1 显示设备的分类与有关概念 210

7.6.2 字符／图形显示器 211

7.6.3 图像显示设备 212

7.6.4 VESA显示标准 213

7.7 输入设备和打印设备 216

7.7.1 输入设备 216

7.7.2 打印设备 217

本章小结 218

习题 219

第八章 输入输出系统 221

8.1 外围设备的速度分级及与CPU进行数据交换的方式 221

8.1.1 外围设备的速度分级 221

8.1.2 外设与CPU进行数据交换的方式 222

8.2 程序查询方式 224

8.3 程序中断方式 227

8.3.1 中断的基本概念 227

8.3.2 程序中断方式的基本I/O接口 228

8.3.3 单级中断和多级中断 230

8.3.4 中断控制器 234

8.3.5 Pentium中断机制 235

8.4 DMA方式 238

8.4.1 DMA的基本概念 238

8.4.2 DMA传送方式 238

8.4.3 基本的DMA控制器 240

8.4.4 选择型和多路型DMA控制器 242

8.5 通道方式 245

8.5.1 通道的功能 245

8.5.2 通道的类型 247

8.5.3 通道结构的发展 248

8.6 通用I/O标准接口 248

8.6.1 并行I/O标准接口SCSI 248

8.6.2 串行I/O标准接口IEEE1394 249

8.6.3 串行I/O标准接口USB 251

本章小结 252

习题 253

第九章 安腾高性能处理机体系结构 255

9.1 高性能处理机体系结构的演变 255

9.1.1 IA体系结构的历史演变 255

9.1.2 Intel 64位处理机的两种体系结构 256

9.2 安腾体系结构的基本设计思想 257

9.3 安腾指令系统结构 259

9.3.1 执行单元与指令类型 259

9.3.2 安腾寄存器结构 260

9.3.3 安腾指令格式 261

9.3.4 安腾汇编语言格式 262

9.4 指令级并行机制 263

9.4.1 推断执行技术 264

9.4.2 推测技术 266

9.5 双核安腾处理机的组成 269

9.5.1 双核安腾处理机的基本特性 269

9.5.2 双核安腾处理机的组织结构 271

本章小结 273

习题 274

第十章 片上系统 276

10.1 嵌入式系统与片上系统 276

10.1.1 嵌入式系统 276

10.1.2 片上系统 276

10.2 C8051F片上系统体系结构 277

10.3 CIP-51内核 280

10.3.1 CIP-51内部结构 280

10.3.2 存储器组织 281

10.3.3 特殊功能寄存器SFR 285

10.4 CIP-51指令系统 288

10.4.1 指令格式 288

10.4.2 寻址方式 289

10.4.3 指令类型 292

10.5 模拟量数字量转换与I/O接口 297

10.5.1 数字信号处理系统 297

10.5.2 模拟数字转换原理 297

10.5.3 数字模拟转换原理 300

10.5.4 I/O接口 302

10.6 编程应用 306

10.6.1 计算机编程的相关概念 307

10.6.2 汇编语言程序 310

10.6.3 C语言程序 315

本章小结 320

习题 321

附录A C8051F指令系统 324

附录B 配套教材与教学设备 329

参考文献 330

参考网站 330