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第1章 绪论 1

1.1 计算机的诞生与发展 1

1.1.1 计算机发展简史 1

1.1.2 微机发展简史 3

1.1.3 我国的计算机事业 6

1.1.4 计算机的发展方向 7

1.2 计算机的分类及特点 8

1.2.1 计算机的分类 8

1.2.2 计算机的特点 9

1.3 计算机系统 10

1.3.1 存储程序原理 11

1.3.2 计算机硬件的基本组成 12

1.3.3 计算机的总线结构 14

1.3.4 计算机硬件与软件的关系 15

1.4 计算机系统的多层次结构 16

1.5 计算机的主要性能指标 18

习题 23

第2章 计算机中数据信息的表示 24

2.1 进位计数制 24

2.1.1 进位计数制的基本概念 24

2.1.2 计算机中常用的进位计数制 25

2.1.3 各种数制之间的相互转换 27

2.2 数值数据的编码表示 30

2.2.1 无符号数和有符号数 30

2.2.2 原码表示法 31

2.2.3 补码表示法 32

2.2.4 反码表示法 34

2.2.5 移码表示法 35

2.2.6 几种机器数的比较与转换 36

2.3 数的定点表示与浮点表示 38

2.3.1 定点表示法 38

2.3.2 浮点表示法 40

2.3.3 定点、浮点表示法与定点、浮点计算机 44

2.3.4 IEEE 754浮点数 45

2.4 非数值数据的表示 49

2.4.1 字符和字符串的表示方法 49

2.4.2 汉字的表示方法 51

2.4.3 国际字符编码标准 54

2.5 十进制数和数串的表示方法 55

2.5.1 十进制数的编码（二-十进制编码） 55

2.5.2 十进制数串 57

2.6 微机中常用的数据表示 58

2.7 数据校验码 59

2.7.1 奇偶校验码 59

2.7.2 海明校验码 61

2.7.3 循环冗余校验码 65

习题 69

第3章 运算方法和运算器 72

3.1 带符号数的移位、舍入和溢出处理 72

3.1.1 移位运算 72

3.1.2 舍入操作 73

3.1.3 溢出及其检测 74

3.2 定点加减法运算 76

3.2.1 原码加减法运算 77

3.2.2 补码加减法运算 77

3.2.3 反码加减法运算 80

3.3 基本加减法运算器设计 80

3.3.1 全加器 80

3.3.2 加法器 82

3.3.3 进位的产生和传递 83

3.3.4 补码加减法运算器 87

3.4 十进制加减法 88

3.4.1 一位十进制加法 88

3.4.2 十进制加法器 89

3.4.3 多位十进制加法 91

3.4.4 多位十进制减法 91

3.5 定点乘法运算 92

3.5.1 原码乘法 92

3.5.2 补码乘法 97

3.5.3 阵列乘法器 101

3.6 定点除法运算 104

3.6.1 原码除法 104

3.6.2 补码除法 109

3.6.3 阵列除法器 111

3.7 逻辑运算 114

3.7.1 逻辑非 114

3.7.2 逻辑或 114

3.7.3 逻辑与 115

3.7.4 逻辑异或 115

3.8 定点运算器设计 115

3.8.1 运算器的基本结构 116

3.8.2 运算器的内部总线结构 116

3.8.3 算术逻辑运算单元（ALU） 118

3.9 规格化的浮点运算 122

3.9.1 浮点加法和减法 122

3.9.2 浮点乘法和除法 124

3.10 浮点运算器 125

3.10.1 浮点运算器的一般结构 125

3.10.2 CPU外的浮点运算器——浮点协处理器 126

3.10.3 CPU内的浮点运算器 128

习题 129

第4章 指令系统 131

4.1 指令系统概述 131

4.2 指令格式 133

4.2.1 操作码 133

4.2.2 地址码 134

4.2.3 指令字长度 136

4.2.4 指令格式设计 136

4.2.5 指令助记符 138

4.2.6 指令格式举例 138

4.3 寻址方式 141

4.3.1 指令寻址方式 141

4.3.2 操作数寻址方式 142

4.3.3 堆栈寻址方式 148

4.4 指令的种类 150

4.4.1 数据传送类指令 150

4.4.2 算术运算类指令 151

4.4.3 逻辑运算类指令 151

4.4.4 移位指令 152

4.4.5 控制转移类指令 152

4.4.6 输入／输出指令 152

4.4.7 处理机控制指令 153

4.5 精简指令集计算机（RISC） 153

习题 158

第5章 存储器 162

5.1 概述 162

5.1.1 基本概念 162

5.1.2 主存储器的主要技术指标 163

5.1.3 存储器的分类 164

5.1.4 存储系统的层次结构 166

5.2 半导体随机读写存储器 168

5.2.1 静态存储器（SRAM） 169

5.2.2 动态存储器（DRAM） 170

5.2.3 动态存储器的刷新 171

5.2.4 半导体存储器芯片 173

5.3 存储器芯片与CPU的连接 178

5.3.1 存储器的构成 178

5.3.2 存储器的位扩展 179

5.3.3 存储器的字扩展 180

5.3.4 存储器的字位扩展 181

5.4 只读存储器 182

5.4.1 掩膜式只读存储器 183

5.4.2 可编程只读存储器（PROM） 183

5.4.3 可擦除可编程只读存储器 184

5.4.4 闪速存储器（FLASH ROM） 186

5.5 高速存储器 188

5.5.1 快速读写技术 188

5.5.2 双端口存储器 188

5.5.3 多体交叉存储器 188

5.6 高速缓冲存储器（Cache） 190

5.6.1 Cache的基本原理 191

5.6.2 主存与Cache的地址映射 193

5.6.3 替换策略 199

5.7 虚拟存储器 200

5.7.1 虚拟存储器的基本概念 200

5.7.2 虚拟存储的管理方式 201

5.7.3 存储保护 204

习题 204

第6章 中央处理器 208

6.1 控制器的组成和功能 208

6.1.1 控制器的基本组成 209

6.1.2 控制器的功能 212

6.1.3 控制器的实现方式 214

6.2 控制方式与时序系统 215

6.2.1 控制方式 215

6.2.2 时序系统 218

6.3 CPU的总体结构 223

6.3.1 CPU中的寄存器设置 223

6.3.2 CPU内部数据通路 225

6.3.3 指令的执行过程 225

6.4 组合逻辑控制器设计 231

6.4.1 组合逻辑控制器的设计步骤 231

6.4.2 组合逻辑控制器设计举例 233

6.5 微程序控制器 241

6.5.1 微程序控制器概述 241

6.5.2 微程序控制器的组成及工作原理 244

6.5.3 微指令的编码方式 246

6.5.4 微程序的顺序控制方式 249

6.5.5 微指令格式 253

6.5.6 微指令的执行方式 255

6.5.7 微程序控制器设计举例 256

6.5.8 组合逻辑控制器与微程序控制器的比较 260

6.6 门阵列控制器 261

6.6.1 通用可编程逻辑器件 261

6.6.2 门阵列控制器的设计思想 262

6.7 CPU中的流水线结构 263

6.7.1 指令执行方式 263

6.7.2 流水线的分类 266

6.7.3 高级流水线 267

6.7.4 流水线的相关问题 267

6.8 CPU的新技术 268

6.8.1 并行处理技术 268

6.8.2 流水线技术 268

6.8.3 快速执行引擎（Rapid Execution Engine） 269

6.8.4 RISC技术 269

6.8.5 双核和多核处理器技术 269

6.8.6 Cache技术 270

6.8.7 NSP（Native Signal Processing）技术 270

6.8.8 带多媒体扩展MMX（Multi Media Extension）的CPU 270

习题 271

第7章 总线系统 275

7.1 总线的基本概念 275

7.1.1 总线的特性 276

7.1.2 总线的类型 276

7.1.3 总线的性能指标 278

7.1.4 总线的组成 278

7.1.5 总线的数据传输方式 279

7.2 总线结构 281

7.2.1 多级总线结构 281

7.2.2 总线结构的物理实现 285

7.2.3 总线结构举例 285

7.3 总线控制 286

7.3.1 总线仲裁 286

7.3.2 总线定时 290

7.3.3 总线操作 293

7.4 总线接口 294

7.4.1 接口的概念 294

7.4.2 接口与总线的区别 295

7.5 常用系统总线及设备总线举例 295

7.5.1 总线的标准化 295

7.5.2 系统总线 295

7.5.3 设备总线 299

习题 303

第8章 输入输出系统 305

8.1 I/O系统概述 305

8.1.1 I/O系统功能与组成 305

8.1.2 I/O的寻址方式 307

8.1.3 主机与外设的信息传送 309

8.2 程序查询方式 311

8.2.1 程序查询方式的概念 311

8.2.2 程序查询方式的接口 312

8.3 程序中断方式 314

8.3.1 中断的基本概念 315

8.3.2 程序中断接口与中断控制器 318

8.3.3 中断优先级 321

8.3.4 中断过程 323

8.3.5 中断服务程序流程 329

8.4 DMA方式 331

8.4.1 DMA方式的基本概念 331

8.4.2 DMA控制器的功能与组成 334

8.4.3 DMA控制器的数据传送过程 336

8.4.4 DMA控制器举例 338

8.5 通道方式和输入输出处理机（IOP）方式 338

8.5.1 通道方式 339

8.5.2 输入输出处理机（IOP）方式 348

习题 349

第9章 外部设备 350

9.1 外部设备概述 350

9.1.1 外部设备的分类 350

9.1.2 外部设备的一般功能 351

9.2 输入设备 351

9.2.1 键盘 352

9.2.2 鼠标 353

9.2.3 扫描仪 354

9.2.4 其他输入设备 356

9.3 打印输出设备 358

9.3.1 点阵式打印机 358

9.3.2 喷墨式打印机 360

9.3.3 激光打印机 361

9.4 显示输出设备 362

9.4.1 CRT显示器 363

9.4.2 液晶显示器 364

9.4.3 其他显示技术 367

9.5 存储设备 368

9.5.1 硬磁盘存储设备 369

9.5.2 软磁盘存储设备 376

9.5.3 磁带存储设备 377

9.5.4 光盘存储设备 378

9.6 通信与网络设备 379

9.6.1 调制解调器 379

9.6.2 网卡 380

9.6.3 中继器、集线器 381

9.6.4 网桥、交换机、路由器 382

习题 383

参考文献 386