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第1章 概述 1

1.1计算机系统的基本组成及其层次结构 1

1.2计算机的体系结构、组成和实现 6

1.3计算机发展进步与拓展应用的历程 8

1.4课程的教学目标和学习建议 11

本章小结 11

思考练习题 12

第2章 数字电路基础和计算机中的逻辑部件 13

2.1数字电路基础 13

2.1.1半导体材料和晶体二极管简介 13

2.1.2双极型三极管的结构及其伏安特性 15

2.1.3MOS管的结构及其伏安特性 16

2.2基本逻辑门和布尔代数知识基础 17

2.2.1最基本的逻辑门电路 17

2.2.2布尔代数知识基础 19

2.3组合逻辑电路及其应用 26

2.3.1基本逻辑门 26

2.3.2三态门 26

2.3.3数据选择器 30

2.3.4译码器和编码器 31

2.3.5组合逻辑电路应用举例 33

2.4时序逻辑电路及其应用 36

2.4.1基本R-S触发器 36

2.4.2D型触发器与寄存器、计数器器件 37

2.4.3时序逻辑电路应用举例 42

2.5现场可编程器件及其应用 49

2.5.1现场可编程器件概述 49

2.5.2通用可编程器件GAL20V8的内部结构及其编程使用 50

2.5.3MACH器件的内部结构与编程使用 52

2.5.4FPGA器件及其在实现CPU功能中的应用 58

2.6几个专用功能器件和存储器芯片的引脚图 59

本章小结 61

思考练习题 61

3.1数字化信息编码的概念和二进制编码知识 62

3.1.1数字化信息编码的概念 62

第3章 数据表示、数据运算算法和逻辑电路实现 62

3.1.2二进制编码和码制转换 63

3.1.3检错纠错码 69

3.2数据表示——常用的信息编码 73

3.2.1逻辑类型数据的表示 73

3.2.2字符类型数据的表示 74

3.2.3数值类型数据的表示 76

3.3二进制数值数据的编码与运算算法 82

3.3.1原码、反码、补码的定义 82

3.3.2补码加、减运算规则和电路实现 88

3.3.3原码一位乘法的实现算法和电路实现 90

3.3.4原码一位除法的实现算法和电路实现 92

3.3.5补码一位乘法、除法和其他快速乘除法的实现思路 95

思考练习题 97

本章小结 97

第4章 计算机中的运算器部件 99

4.1运算器部件概述 99

4.2定点运算器部件的功能、组成与设计 101

4.2.1定点运算器部件概述 101

4.2.2位片结构的运算器芯片Am2901 102

4.2.3教学计算机运算器的设计与实现实例 107

4.3浮点运算与浮点运算器 113

4.3.1浮点数的运算规则 113

4.3.2浮点运算器举例 120

4.4当前流行的计算机中的运算器部件概述 124

思考练习题 125

本章小结 125

第5章 指令、指令系统和汇编语言程序设计 127

5.1指令格式和指令系统概述 127

5.1.1操作码的组织与编码 128

5.1.2有关操作数的个数、来源、去向和地址安排 129

5.1.3关于指令的分类 130

5.2寻址方式概述与应用实例 132

5.2.1基本寻址方式概述 132

5.2.2寻址方式应用举例 135

5.3指令系统和汇编语言程序设计举例 137

5.3.1教学计算机的指令系统说明 138

5.3.2教学计算机的汇编程序设计举例 144

思考练习题 151

本章小结 151

第6章 计算机的控制器部件 153

6.1控制器的功能、组成与指令执行步骤 153

6.1.1控制器部件的功能及其组成 153

6.1.2指令的执行步骤 154

6.2硬连线控制器部件 158

6.2.1硬连线控制器的组成和运行原理简介 159

6.2.2教学计算机的硬连线控制器的组成、设计与实现实例 161

6.3微程序控制器部件 180

6.3.1微程序控制器的基本组成和工作原理 180

6.3.2微程序设计中的下地址形成逻辑的硬件技术 182

6.3.3教学计算机微程序控制器的组成、设计与实现实例 185

思考练习题 195

本章小结 195

第7章 多级结构的存储器系统概述和主存储器 197

7.1多级结构的存储器系统概述 197

7.2主存储器部件的组成与设计 199

7.2.1主存储器概述 199

7.2.2动态存储器的记忆原理和读写过程 201

7.2.3静态存储器的存储原理和芯片内部结构 204

7.3教学计算机的内存储器实例 206

7.4提高存储器系统性能的可行途径 210

本章小结 212

思考练习题 213

第8章 高速缓冲存储器和虚拟存储器 214

8.1高速缓冲存储器 214

8.1.1高速缓冲存储器的运行原理 215

8.1.2高速缓冲存储器的3种映像方式 216

8.1.3高速缓冲存储器使用中的几个问题 219

8.2虚拟存储器部件 224

8.2.1虚拟存储器概述 224

8.2.2段式存储管理 224

8.2.3页式存储管理 226

本章小结 229

思考练习题 229

第9章 辅助存储器设备与磁盘阵列技术 230

9.1外部存储设备概述 230

9.2磁盘设备的组成与运行原理 233

9.3光盘设备的组成与运行原理 240

9.4磁盘阵列技术与容错支持 241

本章小结 245

思考练习题 245

第10章 输入输出设备 246

10.1输入输出设备概述 246

10.1.1设备简介 246

10.1.2点阵式设备运行原理概述 247

10.2显示器设备的组成和运行原理 249

10.2.1显示器设备概述 249

10.2.2CRT阴极射线管的组成和运行原理 250

10.2.3CRT字符显示器的组成和运行原理 251

10.2.4CRT图形显示器 254

10.2.5液晶显示器的组成和运行原理 255

10.2.6计算机终端 256

10.3打印机设备的组成与运行原理 256

10.3.1针式打印机的组成及其打印过程 257

10.3.2喷墨打印机的组成及其打印过程 259

10.3.3激光打印机的组成及其打印过程 260

10.4计算机的输入设备 262

10.4.1计算机键盘的组成和运行原理 262

10.4.2鼠标设备 264

本章小结 264

思考练习题 264

11.1计算机输入输出系统概述 266

第11章 输入输出系统 266

11.2计算机总线的功能与组成 268

11.2.1计算机总线概述 268

11.2.2计算机总线构成 269

11.2.3总线仲裁和数据传输控制 271

11.2.4教学计算机的总线系统实例 272

11.3输入输出接口概述 275

11.3.1计算机输入输出接口的基本功能 275

11.3.2通用可编程接口的一般组成 275

11.3.3串行接口实例 276

11.4常用的输入输出方式概述 281

11.4.1常用的输入输出方式 281

11.4.2中断的概念和中断处理过程 283

11.4.3DMA的概念和DMA处理过程 287

本章小结 289

思考练习题 290

第12章 流水线技术 291

12.1流水线的基本概念 291

12.1.1流水线简介 291

12.1.2流水线的表示方法 294

12.1.3流水线的特点 295

12.1.4流水线的分类方法 296

12.2流水线的性能指标 298

12.2.1流水线的吞吐率 299

12.2.2流水线的加速比 301

12.2.3流水线的效率 302

12.3.1DLX指令集结构介绍 303

12.2.4流水线的最佳段数 303

12.3DLX指令集与DLX流水线 303

12.3.2DLX的一种简单实现 305

12.3.3DLX流水线的实现原理 308

12.4流水线中的相关问题 310

12.4.1结构相关 311

12.4.2数据相关 312

12.4.3控制相关 319

12.5指令级并行技术 324

12.5.1基本概念 324

12.5.2多指令发射技术 324

思考练习题 328

本章小结 328

13.1计算机体系结构概述 330

13.1.1计算机体系结构的发展 330

13.1.2计算机体系结构的分类 330

第13章 并行计算机体系结构 330

13.2并行计算机系统概述 333

13.2.1并行计算机系统分类 333

13.2.2并行性、可扩展性和可编程性 335

13.3并行计算机系统的设计问题 336

13.3.1并行计算机系统的互联网络 336

13.3.2并行计算机系统的性能问题 342

13.3.3并行计算机系统的软件问题 344

13.4.1阵列处理机 345

13.4SIMD计算机简介 345

13.4.2向量处理机 346

13.5共享内存的多处理机系统 348

13.5.1一致性内存访问的UMA多处理机系统 349

13.5.2非一致性内存访问的NUMA多处理机系统 356

13.6基于消息传递的多计算机系统 357

13.6.1大规模并行处理机 360

13.6.2工作站集群 360

13.6.3消息传递软件包 361

本章小结 363

思考练习题 363

参考文献 365