1计算机系统概述 1
1．1计算机系统的基本组成和它的层次结构 1
1．2计算机硬件系统的5个功能部件及其功能 5
1．3计算机主要的技术与性能指标 8
1．4计算机的体系结构、组成和实现概述 10
1．5计算机发展进步、分类与拓展应用的进程 12
本章内容小结 15
习题与思考题 16
2数字电路基础和计算机中的逻辑部件 17
2． 1数字电路（digital circuit）基础 17
2．1．1半导体材料和晶体二极管简介 17
2．1．2双极型三极管的结构及其伏安特性 20
2． 1． 3 MOS管的结构和它的伏安特性 21
2． 2基本逻辑门和布尔代数知识基础 23
2． 2． 1最基本的逻辑门电路 23
2． 2．2布尔代数知识基础及其应用 26
2． 3组合逻辑电路（combinational logic circuit）及其应用 29
2． 3． 1基本逻辑门 29
2．3．2三态门 30
2．3．3多路选择器 32
2． 3．4编码器和译码器 32
2．3．5应用案例 33
2． 4时序（sequential）逻辑电路及其应用 36
2． 4． 1基本R-S触发器（flip flop） 36
2． 4． 2 D型触发器与寄存器 37
2．4．3存储器（memory）芯片（chip）简介 38
2． 4． 4应用案例 38
2． 5现场可编程逻辑器件及其应用 40
2． 5． 1现场可编程器件概述 40
2．5．2现场可编程器件的编程和应用 42
2． 5． 3应用案例 43
本章内容小结 45
习题与思考题 45
3数据表示、数据运算算法及其线路实现 47
3． 1数字化信息编码的概念和二进制编码知识 47
3．1．1数字化信息编码的概念 47
3．1．2二进制编码和码制转换 48
3． 1． 3检错纠错码 55
3．2数据表示——常用的信息编码 59
3． 2． 1逻辑类型数据的表示 60
3．2．2字符类型数据的表示 60
3．2． 3数值类型数据的表示 62
3． 3二进制数值数据的编码方案与运算算法 68
3． 3． 1原码、反码、补码的定义 68
3．3．2补码加、减运算规则和电路实现 73
3． 3． 3原码一位乘法、除法的实现方案 75
3．3．4实现乘法、除法的其他方案 80
习题与思考题 86
4计算机的运算器部件 88
4． 1算术逻辑运算部件的功能设计与线路实现 89
4．2计算机的定点运算器 92
4． 2． 1定点运算器部件的功能、组成与控制 92
4． 2． 2 MIPS计算机多周期CPU系统中的运算器部件的组成与实现 93
4．2．3运算器芯片Am2901实例 97
4．3基于Am2901芯片的运算器部件 101
4．3．1用4片Am2901芯片构建16位的运算器部件 101
4．3．2 4片Am2901芯片之外的线路设计 103
4．4浮点运算与浮点运算器 105
4．4．1浮点数的运算规则 105
4．4．2浮点运算器举例 112
4． 5提高运算器部件处理能力的可行途径 113
4．5．1计算机性能的演变和并行性发展概述 113
4．5．2提高计算机运算器处理能力的可行途径 114
本章内容小结 116
习题与思考题 116
5指令、指令系统和汇编语言程序设计 118
5． 1指令格式和指令系统概述 118
5．1．1操作码的组织与编码 120
5． 1． 2有关操作数的个数、来源、去向和地址的安排 121
5．1．3指令的分类 122
5． 2寻址方式概述与应用实例 124
5． 2． 1基本寻址方式概述 124
5．2．2寻址方式应用举例 127
5． 3指令系统举例 130
5． 3． 1 Pentium Ⅱ计算机的指令系统 130
5． 3． 2 MIPS指令系统和MIPS16e指令系统 132
5．3．3 TEC-2000A和TH-union系列示例计算机的指令系统 135
5．4示例计算机的汇编程序设计简介 137
5．4． 1汇编语言及其程序设计中的有关概念 137
5．4． 2示例计算机支持的语言和程序设计 140
本章内容小结 144
习题与思考题 144
6计算机的控制器部件 146
6． 1控制器的功能、组成与指令执行步骤概述 147
6．1．1控制器部件的功能、组成概述 147
6． 1．2指令的执行步骤概述 148
6． 2硬连线控制器部件 150
6． 2． 1硬连线控制器的组成和运行原理简介 150
6．2．2 MIPS32计算机的控制器简介 152
6． 2． 3 TEC和TH-union系列示例计算机的硬连线控制器 161
6． 3微程序控制器部件 176
6． 3．1微程序控制器的基本组成和运行原理 176
6． 3． 2微程序设计中的下地址形成逻辑的硬件技术 179
6． 3． 3 TEC和TH-union系列示例计算机的微程序控制器 182
6． 4指令流水线的概念和实现技术 194
6． 4． 1流水线的基本概念和主要性能指标 195
6． 4． 2指令流水线中的相关问题及其解决方案 204
6． 4． 3在示例计算机中实现指令流水线的解决方案 206
6． 4． 4 MIPS计算机中的指令流水线技术 209
6． 4． 5指令级并行技术 210
6． 4． 6向量处理机 214
本章内容小结 219
习题与思考题 220
7多级结构的存储器系统 223
7． 1存储器系统概述 224
7．1．1存储器分类 225
7．1．2存储器系统的设计目标和解决思路 226
7． 2主存储器 228
7． 2． 1主存储器概述 228
7． 2． 2动态存储器芯片的存储原理和读写过程 230
7． 2． 3静态存储器的存储原理和内部结构 233
7．2．4主存储器实现与应用中的几项技术 234
7．2．5 TEC-2000教学计算机内存储器的组成与设计 236
7． 3外存储设备与磁盘阵列技术 241
7． 3． 1外存储设备概述 241
7． 3． 2磁盘设备与磁盘阵列技术 245
7． 3． 3光盘设备与技术 253
7． 4高速缓冲存储器cache 260
7． 4． 1层次存储器系统的运行原理和必须遵从的原则 260
7． 4． 2高速缓冲存储器cache的工作原理和组织 262
7．4．3 Pentium机的cache管理 272
7． 5虚拟存储器 276
7． 5． 1虚拟存储器的概念 276
7． 5． 2段式虚拟存储器 278
7． 5． 3页式虚拟存储器 278
7．5．4 Pentium机的存储器管理 280
7． 6提高存储器系统性能的可行途径 284
本章内容小结 286
习题与思考题 287
8计算机的总线与输入输出系统 290
8． 1计算机的总线 290
8．1．1总线概述 290
8．1．2总线结构和总线宽度 293
8． 1． 3总线时钟 295
8．1．4总线仲裁和总线操作 298
8． 1． 5总线举例 301
8． 2输入输出设备 308
8． 2． 1常用输入设备 309
8． 2． 2常用输出设备 311
8． 2． 3计算机终端 321
8． 3输入输出接口 322
8． 3． 1输入输出接口的功能 322
8． 3． 2通用可编程接口组成 322
8．3．3输入输出接口举例 323
8． 4输入输出方式 327
8．4． 1程序直接控制方式 327
8． 4． 2程序中断传送方式 328
8． 4． 3直接存储器访问方式 331
8． 4． 4 I/O通道控制方式 334
8． 4． 5外围处理机方式 334
本章内容小结 334
习题与思考题 334
9并行计算机体系结构 336
9． 1片内并行 337
9．1．1指令级并行 337
9． 1． 2片内多线程 338
9． 1． 3单片多处理器 343
9． 2协处理器 344
9．3共享内存的多处理器系统 345
9．3． 1多处理器与多计算机的比较 345
9．3．2 UMA对称多处理器体系结构 348
9．3．3 NUMA多处理器系统 352
9． 3． 4 COMA多处理器系统 357
9． 4消息传递的多计算机系统 358
9． 4． 1 MPP——大规模并行处理器 359
9． 4． 2集群计算 367
9． 5网格计算 371
本章内容小结 374
习题与思考题 374
参考文献 376