第1篇 概论 3
第1章 计算机系统概论 3
1.1 计算机系统简介 3
1.1.1 计算机的软硬件概念 3
1.1.2 计算机系统的层次结构 3
1.1.3 计算机组成和计算机体系结构 7
1.2 计算机的基本组成 8
1.2.1 冯·诺依曼计算机的特点 8
1.2.2 计算机的硬件框图 8
1.2.3 计算机的工作步骤 10
1.3 计算机硬件的主要技术指标 16
1.3.1 机器字长 17
1.3.2 存储容量 17
1.3.3 运算速度 17
1.4 本书结构 18
思考题与习题 19
第2章 计算机的发展及应用 20
2.1 计算机的发展史 20
2.1.1 计算机的产生和发展 20
2.1.2 微型计算机的出现和发展 23
2.1.3 软件技术的兴起和发展 26
2.2 计算机的应用 28
2.2.1 科学计算和数据处理 28
2.2.2 工业控制和实时控制 29
2.2.3 网络技术的应用 29
2.2.4 虚拟现实 31
2.2.5 办公自动化和管理信息系统 32
2.2.6 CAD/CAM/CIMS 33
2.2.7 多媒体技术 34
2.2.8 人工智能 34
2.3 计算机的展望 35
思考题与习题 38
第2篇 计算机系统的硬件结构 41
第3章 系统总线 41
3.1 总线的基本概念 41
3.2 总线的分类 43
3.2.1 片内总线 43
3.2.2 系统总线 43
3.2.3 通信总线 44
3.3 总线特性及性能指标 45
3.3.1 总线特性 45
3.3.2 总线性能指标 46
3.3.3 总线标准 47
3.4 总线结构 52
3.4.1 单总线结构 52
3.4.2 多总线结构 52
3.4.3 总线结构举例 55
3.5 总线控制 57
3.5.1 总线判优控制 57
3.5.2 总线通信控制 59
思考题与习题 66
第4章 存储器 68
4.1 概述 68
4.1.1 存储器分类 68
4.1.2 存储器的层次结构 70
4.2 主存储器 72
4.2.1 概述 72
4.2.2 半导体存储芯片简介 74
4.2.3 随机存取存储器 76
4.2.4 只读存储器 88
4.2.5 存储器与CPU的连接 91
4.2.6 存储器的校验 100
4.2.7 提高访存速度的措施 103
4.3 高速缓冲存储器 109
4.3.1 概述 109
4.3.2 Cache—主存地址映射 117
4.3.3 替换策略 123
4.4 辅助存储器 123
4.4.1 概述 123
4.4.2 磁记录原理和记录方式 125
4.4.3 硬磁盘存储器 129
4.4.4 软磁盘存储器 138
4.4.5 磁带存储器 142
4.4.6 循环冗余校验码 144
4.4.7 光盘存储器 147
思考题与习题 150
附录4A 相联存储器 153
第5章 输入输出系统 156
5.1 概述 156
5.1.1 输入输出系统的发展概况 156
5.1.2 输入输出系统的组成 158
5.1.3 I/O设备与主机的联系方式 160
5.1.4 I/O设备与主机信息传送的控制方式 162
5.2 I/O设备 166
5.2.1 概述 166
5.2.2 输入设备 167
5.2.3 输出设备 171
5.2.4 其他I/O设备 182
5.2.5 多媒体技术 184
5.3 I/O接口 186
5.3.1 概述 186
5.3.2 接口的功能和组成 187
5.3.3 接口类型 189
5.4 程序查询方式 190
5.4.1 程序查询流程 190
5.4.2 程序查询方式的接口电路 192
5.5 程序中断方式 194
5.5.1 中断的概念 194
5.5.2 I/O中断的产生 194
5.5.3 程序中断方式的接口电路 195
5.5.4 I/O中断处理过程 197
5.5.5 中断服务程序的流程 199
5.6 DMA方式 202
5.6.1 DMA方式的特点 202
5.6.2 DMA接口的功能和组成 204
5.6.3 DMA的工作过程 206
5.6.4 DMA接口的类型 210
思考题与习题 212
附录5A ASCII码 213
附录5B BCD码 215
附录5C 奇偶校检码 216
第3篇 中央处理器 219
第6章 计算机的运算方法 219
6.1 无符号数和有符号数 219
6.1.1 无符号数 219
6.1.2 有符号数 219
6.2 数的定点表示和浮点表示 228
6.2.1 定点表示 228
6.2.2 浮点表示 229
6.2.3 定点数和浮点数的比较 231
6.2.4 举例 231
6.2.5 IEEE 754标准 233
6.3 定点运算 234
6.3.1 移位运算 234
6.3.2 加法与减法运算 237
6.3.3 乘法运算 243
6.3.4 除法运算 258
6.4 浮点四则运算 269
6.4.1 浮点加减运算 269
6.4.2 浮点乘除法运算 274
6.4.3 浮点运算所需的硬件配置 280
6.5 算术逻辑单元 280
6.5.1 ALU电路 281
6.5.2 快速进位链 283
思考题与习题 289
附录6A 各种进位制 293
6A.1 各种进位制的对应关系 293
6A.2 各种进位制的转换 293
附录6B 阵列乘法器和阵列除法器 296
附录6C 74181逻辑电路 298
第7章 指令系统 300
7.1 机器指令 300
7.1.1 指令的一般格式 300
7.1.2 指令字长 304
7.2 操作数类型和操作类型 304
7.2.1 操作数类型 304
7.2.2 数据在存储器中的存放方式 305
7.2.3 操作类型 306
7.3 寻址方式 310
7.3.1 指令寻址 310
7.3.2 数据寻址 310
7.4 指令格式举例 320
7.4.1 设计指令格式应考虑的各种因素 320
7.4.2 指令格式举例 320
7.4.3 指令格式设计举例 323
7.5 RISC技术 326
7.5.1 RISC的产生和发展 326
7.5.2 RISC的主要特征 329
7.5.3 RISC和CISC的比较 333
思考题与习题 335
第8章 CPU的结构和功能 337
8.1 CPU的结构 337
8.1.1 CPU的功能 337
8.1.2 CPU结构框图 338
8.1.3 CPU的寄存器 338
8.1.4 控制单元和中断系统 342
8.2 指令周期 342
8.2.1 指令周期的基本概念 342
8.2.2 指令周期的数据流 344
8.3 指令流水 345
8.3.1 指令流水原理 346
8.3.2 影响流水线性能的因素 348
8.3.3 流水线性能 353
8.3.4 流水线中的多发技术 355
8.3.5 流水线结构 357
8.4 中断系统 358
8.4.1 概述 358
8.4.2 中断请求标记和中断判优逻辑 360
8.4.3 中断服务程序入口地址的寻找 361
8.4.4 中断响应 362
8.4.5 保护现场和恢复现场 364
8.4.6 中断屏蔽技术 364
思考题与习题 370
第4篇 控制单元 375
第9章 控制单元的功能 375
9.1 微操作命令的分析 375
9.1.1 取指周期 375
9.1.2 间址周期 376
9.1.3 执行周期 376
9.1.4 中断周期 378
9.2 控制单元的功能 379
9.2.1 控制单元的外特性 379
9.2.2 控制信号举例 380
9.2.3 多级时序系统 385
9.2.4 控制方式 387
9.2.5 多级时序系统实例分析 390
思考题与习题 393
第10章 控制单元的设计 395
10.1 组合逻辑设计 395
10.1.1 组合逻辑控制单元框图 395
10.1.2 微操作的节拍安排 396
10.1.3 组合逻辑设计步骤 401
10.2 微程序设计 403
10.2.1 微程序设计思想的产生 403
10.2.2 微程序控制单元框图及工作原理 404
10.2.3 微指令的编码方式 407
10.2.4 微指令序列地址的形成 409
10.2.5 微指令格式 411
10.2.6 静态微程序设计和动态微程序设计 413
10.2.7 毫微程序设计 413
10.2.8 串行微程序控制和并行微程序控制 414
10.2.9 微程序设计举例 414
思考题与习题 420
附录10A PC整机介绍 423
10A.1 主板 423
10A.1.1 主板的主要组成部件 423
10A.1.2 CPU芯片及插座（插槽） 424
10A.1.3 内存条插槽 424
10A.1.4 扩展插槽 424
10A.1.5 配套芯片和器件 424
10A.1.6 主板结构的改进 424
10A.2 芯片组 425
10A.2.1 芯片组的功能 425
10A.2.2 芯片组的组成 426
参考文献 429