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第一章 计算机系统概论 1

1.1 计算机的发展与应用 1

1.1.1 计算机的发展概况 1

1.1.2 计算机发展的趋势 2

1.1.3 计算机应用领域简介 2

1.2 计算机的特性 4

1.3 计算机系统组成 4

1.3.1 计算机硬件系统 4

1.3.2 计算机软件系统 6

1.4 计算机系统的层次结构 7

1.4.1 多级组成的计算机系统 7

1.4.2 软件与硬件的逻辑等价性 8

习题 9

第二章 数据的表示及运算方法 10

2.1 数值数据的表示法 10

2.1.1 数的机器码表示法 10

2.1.2 数的定点表示法与浮点表示法 13

2.1.3 机器数的移位与舍入 14

2.1.4 十进制数的二进制编码 15

2.2 非数值数据的表示法 16

2.3 数据信息的单位和长度 16

2.3.1 数据的单位 16

2.3.2 机器字长 16

2.4 数据信息的校验 17

2.4.1 奇偶校验 17

2.4.2 海明校验 17

2.4.3 循环冗余校验 20

2.5 定点补码加减法运算 21

2.5.1 补码加减法运算 21

2.5.2 反码加减法运算 24

2.6 定点乘法运算 25

2.6.1 原码一位乘法 25

2.6.2 补码一位乘法 26

2.6.3 补码两位乘法 29

2.6.4 快速乘法简介 29

2.7 定点除法运算 32

2.7.1 原码一位除法 32

2.7.2 补码一位除法 32

2.7.3 快速除法简介 33

2.8 浮点数的四则运算 35

2.8.1 浮点加减运算 36

2.8.2 浮点乘法运算 38

2.8.3 浮点除法运算 38

2.9 逻辑运算 39

2.10 运算器及其数据通路 39

2.10.1 运算器的基本结构 39

2.10.2 加法器及其进位系统 43

2.10.3 用集成电路构成ALU的基本原理 46

习题 48

第三章 信息的存储—存储器组织 50

3.1 存储器与存储系统概述 50

3.1.1 存储器分类 50

3.1.2 存储系统 51

3.2 主存储器 53

3.2.1 主存储器的主要技术指标 53

3.2.2 主存储器的基本结构和基本操作 54

3.3 半导体存储器 57

3.3.1 静态MOS存储器 57

3.3.2 动态MOS存储器 59

3.3.3 只读存储器 65

3.3.4 快擦型存储器（Flash Memory） 67

3.3.5 半导体存储器的组成 67

3.4 高速存储器 70

3.4.1 双端口存储器 70

3.4.2 多体交叉存储器 71

3.4.3 相联存储器 73

3.5 高速缓冲存储器（Cache） 75

3.5.1 Cache存储器工作原理 75

3.5.2 Cache存储器组织 76

3.5.3 Cache存储器举例 80

3.6 虚拟存储器 81

3.6.1 虚拟存储器的基本概念 81

3.6.2 段式虚拟存储器 81

3.6.3 页式虚拟存储器 82

3.6.4 段页式虚拟存储器 83

3.6.5 存储管理部件MMU 84

3.7 存储保护 84

3.7.1 存储区域保护 85

3.7.2 访问方式保护 87

习题 87

第四章 控制信息的表示—指令系统及寻址方式 90

4.1 指令 90

4.1.1 指令格式 90

4.1.2 计算机中常见的寻址方式 94

4.1.3 寻址方式举例 102

4.1.4 指令的类型 106

4.2 指令格式的比较 109

4.2.1 对指令系统的基本要求 109

4.2.2 选择指令格式的基本因素 110

4.3 指令系统举例 111

4.3.1 模型机硬件结构简介 111

4.3.2 模型机的指令格式 111

4.3.3 模型机的寻址方式 112

4.3.4 模型机指令应用举例 113

4.4 指令（程序）的执行过程 119

4.4.1 顺序控制 119

4.4.2 超前控制 121

4.4.3 流水线控制 121

4.5 精简指令系统计算机RISC 122

4.5.1 RISC的产生和发展情况 122

4.5.2 RISC的主要特点 125

4.5.3 RISC的指令系统 126

习题 128

第五章 信息流的控制 130

5.1 中央处理器的功能与组成 130

5.1.1 中央处理器的功能 130

5.1.2 中央处理器的结构框图 131

5.2 控制器的功能及结构框图 133

5.2.1 控制器的功能 133

5.2.2 控制器的结构框图 134

5.3 控制方式及时序部件 136

5.3.1 控制方式 136

5.3.2 时序 138

5.4 控制器的组成 140

5.4.1 一台模型机的总体设计 140

5.4.2 微程序控制器的原理及设计 143

5.4.3 组合逻辑控制器的设计 156

5.5 传统CPU 160

5.5.1 M6800 CPU 160

5.5.2 Intel 8088 CPU 161

5.5.3 IBM 370 系列CPU 162

5.5.4 Intel 80486 CPU 163

5.6 流水CPU 165

5.6.1 并行处理技术 165

5.6.2 流水CPU的结构 165

5.6.3 流水线中的主要问题 168

5.6.4 奔腾CPU 170

5.7 RISC CPU 173

5.7.1 MC88110 CPU结构框图 173

5.7.2 MC88110的指令流水线 173

5.7.3 指令动态调整策略 174

5.8 多媒体CPU 176

5.8.1 多媒体技术的主要问题 176

5.8.2 MMX技术 177

5.8.3 动态执行技术 180

习题 182

第六章 系统总线 184

6.1 总线的概念与连接方式 184

6.1.1 单总线 184

6.1.2 双总线 185

6.1.3 三总线 185

6.2 总线接口 186

6.2.1 信息传输方式 186

6.2.2 接口的基本概念 187

6.3 总线的控制和通信 188

6.3.1 总线控制 188

6.3.2 总线通信 190

6.4 ISA总线 191

6.5 外围部件连接（PCI）总线 192

6.5.1 PCI总线结构 192

6.5.2 PCI总线的引脚 193

6.5.3 PCI总线信号 193

6.5.4 PCI总线周期类型 195

6.5.5 PCI总线仲裁 196

习题 197

第七章 输入／输出设备 198

7.1 外部设备的特点及分类 198

7.1.1 外部设备的特点 198

7.1.2 外部设备的分类 199

7.2 键盘输入设备 200

7.2.1 无编码键盘 200

7.2.2 编码式键盘 201

7.2.3 PC机101键盘简介 202

7.2.4 键盘控制器 203

7.3 显示设备 204

7.3.1 显示设备分类 204

7.3.2 显示技术中的有关术语 204

7.3.3 显示器工作原理 207

7.4 打印设备 209

7.4.1 打印设备的分类 209

7.4.2 点阵针式打印机 209

7.4.3 激光打印机 211

7.4.4 喷墨打印机 212

7.5 辅助存储器 212

7.5.1 辅助存储器的种类与技术指标 212

7.5.2 磁记录原理与记录方式 214

7.5.3 硬磁盘存储器 217

7.5.4 软磁盘存储器和磁带存储器 219

7.5.5 光盘存储器 222

习题 224

第八章 输入／输出系统 226

8.1 输入／输出系统概述 226

8.1.1 I/O设备的编址方式与I/O指令 226

8.1.2 输入／输出接口 228

8.1.3 信息交换控制方式 228

8.2 程序查询方式 230

8.2.1 程序查询方式接口电路 230

8.2.2 程序查询方式的工作过程 231

8.3 程序中断方式 232

8.3.1 中断的基本概念 232

8.3.2 程序中断方式的基本接口 235

8.3.3 单级中断系统 236

8.3.4 多级中断系统 238

8.3.5 奔腾（Pentium）机的中断机制 240

8.4 直接主存访问方式 243

8.4.1 DMA方式的基本概念 243

8.4.2 DMA的三种工作方式 243

8.4.3 基本的DMA控制器 245

8.4.4 选择型和复用型DMA控制器 247

8.5 通道方式 249

8.5.1 通道的功能 249

8.5.2 通道的类型 251

8.5.3 I/O处理机（IOP） 252

8.5.4 外围处理机（PPU） 252

习题 253

第九章 实验和课程设计 254

9.1 概述 254

9.2 常用数字功能器件 255

9.3 运算器组成实验 260

9.4 半导体存储器原理实验 263

9.5 数据通路组成与故障分析实验 265

9.6 微程序控制器组成实验 268

9.7 CPU组成与指令周期执行实验 273

9.8 一台模型计算机的设计与调试 275

参考文献 284