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第1章 概论 1

1.1 计算机的发展与应用 1

1.1.1 计算机的发展 1

1.1.2 计算机的应用 2

1.2 计算机系统的组成 3

1.2.1 计算机的工作原理 3

1.2.2 计算机的硬件组成 4

1.2.3 计算机的软件组成 7

1.2.4 系统组成的层次结构 9

1.3 计算机的特点和性能指标 11

1.3.1 计算机的工作特点 11

1.3.2 计算机主要性能指标 11

1.3.3 计算机分类 13

习题 14

第2章 运算方法与运算器 15

2.1 数据信息的表示方法 15

2.1.1 进位制与数制转换 15

2.1.2 带符号数的表示 20

2.1.3 数的定点表示与浮点表示 21

2.1.4 非数值型数据的表示 23

2.2 定点数加、减法运算 26

2.2.1 补码加减运算的基本关系式 26

2.2.2 补码加减运算规则 26

2.3 溢出判断与移位 27

2.3.1 溢出判断方法 27

2.3.2 移位操作 28

2.3.3 舍入处理 30

2.4 定点数乘、除法运算 30

2.4.1 原码一位乘法 31

2.4.2 补码一位乘法 33

2.4.3 原码两位乘法 35

2.4.4 原码除法 37

2.5 定点运算器的设计与组织 40

2.5.1 加法单元的设计 40

2.5.2 进位链的设计 41

2.5.3 算术逻辑单元的设计 43

2.5.4 运算器的组织 46

2.6 浮点运算介绍 48

2.6.1 浮点加减运算介绍 48

2.6.2 浮点乘除运算介绍 49

2.6.3 浮点运算器介绍 50

习题 51

第3章 指令系统 53

3.1 指令格式 53

3.1.1 机器指令格式 53

3.1.2 指令字长 54

3.1.3 指令的地址码 55

3.1.4 指令的操作码 57

3.2 指令和数据的寻址方式 59

3.2.1 指令的寻址方式 59

3.2.2 操作数的寻址方式 60

3.3 指令系统的设计 67

3.3.1 指令系统的设计原则 67

3.3.2 指令的功能和类型 69

3.4 典型指令系统 74

3.4.1 Ultra SPARC Ⅱ的指令系统 74

3.4.2 Pentium Ⅱ的指令系统 76

习题 79

第4章 中央处理器 81

4.1 CPU概述 82

4.1.1 CPU的功能 82

4.1.2 基本组成 82

4.1.3 控制器分类 84

4.2 CPU的时序控制与信息交换 85

4.2.1 时序控制方式 85

4.2.2 CPU内部的数据通路结构 87

4.2.3 CPU内部的信息交换 90

4.2.4 CPU与外部的信息交换 91

4.3 组合逻辑控制器 95

4.3.1 组合逻辑控制器概述 95

4.3.2 控制器微命令的设置 96

4.3.3 组合逻辑控制器的时序系统 97

4.3.4 指令流程与操作时间表 98

4.4 微程序控制器 109

4.4.1 微程序控制概述 110

4.4.2 微指令的编码方式 112

4.4.3 微地址的形成方式 113

4.4.4 微指令格式 116

4.5 模型机CPU的设计 117

4.5.1 模型机设计步骤 117

4.5.2 模型机的设计 118

4.6 CPU技术的发展与变革 126

4.6.1 指令集 126

4.6.2 微体系架构 128

习题 133

第5章 主存储器系统 134

5.1 存储器概述 135

5.1.1 存储系统的层次结构 135

5.1.2 存储器的分类 136

5.1.3 主存储器的发展 139

5.1.4 内存储器性能指标 142

5.2 双极型半导体存储原理及存储芯片 143

5.2.1 双极型存储单元 143

5.2.2 双极型存储器芯片 144

5.3 静态MOS存储单元与芯片 146

5.3.1 静态MOS存储单元 146

5.3.2 静态MOS存储芯片 148

5.4 动态MOS存储单元与芯片 150

5.4.1 动态MOS存储单元 151

5.4.2 动态存储器的刷新 153

5.4.3 DRAM动态存储器芯片 154

5.5 半导体只读存储器与芯片 158

5.5.1 掩膜型只读存储器 158

5.5.2 可编程只读存储器 159

5.5.3 可重编程的只读存储器 159

5.5.4 FLASH只读存储器 161

5.6 主存储器的设计与应用 161

5.6.1 主存储器设计的基本原则 161

5.6.2 主存储器的逻辑设计 163

5.6.3 主存储器与CPU的连接 165

5.7 虚拟存储器与并行存储器技术 169

5.7.1 虚拟存储器技术 169

5.7.2 并行存储器技术 173

习题 174

第6章 系统总线 175

6.1 系统总线概述 175

6.1.1 系统总线的功能与特性 175

6.1.2 系统总线的分类 176

6.1.3 总线的标准化 178

6.2 系统总线的设计 179

6.2.1 系统总线的带宽 180

6.2.2 系统总线的结构 180

6.2.3 总线的时序控制 183

6.2.4 总线的仲裁 185

6.3 微型计算机的系统总线 186

6.3.1 微型计算机的前端总线 186

6.3.2 微型计算机的PCI总线 187

习题 189

第7章 输入输出子系统 190

7.1 I/O接口概述 190

7.1.1 I/O接口的基本功能 191

7.1.2 I/O接口的分类 191

7.1.3 I/O接口技术的发展 192

7.2 I/O接口与直接程序传送方式 194

7.2.1 直接程序传送方式的概念 194

7.2.2 直接程序传送方式与接口设计 195

7.3 I/O接口与中断方式 196

7.3.1 中断方式的概述 196

7.3.2 中断请求与判优 198

7.3.3 中断响应与中断处理 202

7.3.4 中断接口组成模型 207

7.3.5 中断控制器举例 210

7.3.6 中断接口举例 212

7.4 I/O接口与DMA方式 215

7.4.1 DMA方式的概念 215

7.4.2 DMA传送方式 216

7.4.3 DMA的硬件组织 217

7.4.4 DMA控制器的设计 218

7.4.5 DMA控制器举例 222

习题 226

第8章 输入输出设备 227

8.1 I/O设备概述 227

8.1.1 I/O设备的一般功能 227

8.1.2 I/O设备的分类 228

8.2 显示设备 230

8.2.1 显示器 230

8.2.2 光栅扫描成像原理 234

8.2.3 字符方式与同步控制 236

8.2.4 图形方式与同步控制 239

8.2.5 显示适配器 241

8.3 磁盘存储器 244

8.3.1 磁盘存储器概述 244

8.3.2 磁盘存储原理 246

8.3.3 磁盘适配器 251

8.3.4 磁盘驱动器 254

8.3.5 磁盘调用过程 255

8.3.6 磁盘管理与容错 256

8.4 键盘和鼠标 259

8.4.1 键盘 259

8.4.2 鼠标 262

8.5 打印机 262

8.5.1 打印机的分类 263

8.5.2 喷墨打印机 263

8.5.3 激光打印机 264

8.6 光盘存储器 265

8.6.1 光盘的分类 265

8.6.2 光盘的读／写原理 266

习题 267

参考文献 268