第一篇 概述 2
第1章 计算机系统概论 2
1.1 计算机系统简介 2
1.1.1 计算机简史 2
1.1.2 摩尔定律 4
1.1.3 计算机系统的分类 5
1.1.4 计算机系统 6
1.1.5 计算机的应用和发展趋势 7
1.1.6 计算机体系结构、组成与实现 9
1.2 现代计算机的体系结构 10
1.2.1 冯·诺依曼计算机的特点 11
1.2.2 计算机的硬件组成 11
1.2.3 非冯·诺依曼计算机 12
1.3 计算机的层次结构 12
1.3.1 虚拟机的概念 13
1.3.2 虚拟机的层次结构 13
1.3.3 硬件和软件的逻辑等价性 14
1.4 计算机的性能指标 14
1.4.1 机器字长 14
1.4.2 存储容量 14
1.4.3 运算速度 15
1.5 本书结构 16
小结 17
习题 17
第二篇 计算机系统 20
第2章 系统总线 20
2.1 计算机系统互连结构 20
2.2 总线的基本概念 21
2.2.1 总线特性 22
2.2.2 总线性能指标 22
2.2.3 总线内部结构 23
2.2.4 总线标准 24
2.3 总线连接方式 26
2.3.1 单总线 26
2.3.2 双总线 27
2.3.3 多总线 27
2.4 总线设计要素 29
2.4.1 总线仲裁 29
2.4.2 总线定时 31
2.4.3 总线数据传输模式 33
2.4.4 总线宽度 34
2.4.5 总线复用 34
2.5 PCI总线 35
2.5.1 多总线分级结构 35
2.5.2 总线内部结构 36
2.5.3 总线周期类型 38
2.5.4 总线周期操作 39
2.5.5 PCI的总线仲裁 40
小结 42
习题 43
第3章 存储器 46
3.1 存储器概述 46
3.1.1 存储器特性 46
3.1.2 存储器分类 47
3.1.3 存储器的层次结构 49
3.2 半导体随机存储器 51
3.2.1 半导体存储器的组织 51
3.2.2 SRAM 52
3.2.3 DRAM 53
3.2.4 DRAM的刷新 54
3.2.5 DRAM控制器 56
3.2.6 存储器模块 57
3.3 半导体只读存储器 59
3.4 存储器与CPU连接 61
3.4.1 芯片的引脚 61
3.4.2 存储容量的扩展 62
3.4.3 计算机中主存储器的配置 64
3.4.4 提高访存速度的措施 67
3.4.5 多模块交叉存储器 68
3.5 高速缓冲存储器 70
3.5.1 基本原理 70
3.5.2 Cache的设计要素 72
3.5.3 Cache系统实例 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 页式虚拟存储器 83
3.6.3 段式虚拟存储器 84
3.6.4 段页式虚拟存储器 85
3.6.5 替换算法 87
小结 87
习题 88
第4章 外围设备 91
4.1 概述 91
4.1.1 外围设备的一般功能与组成 91
4.1.2 外围设备的分类 92
4.1.3 调用I/O设备的层次 93
4.2 键盘 94
4.2.1 硬件扫描键盘 94
4.2.2 软件扫描键盘 95
4.3 显示设备 96
4.3.1 显示方式与常见显示规格 97
4.3.2 光栅扫描成像原理 99
4.3.3 屏幕显示与显示缓存间的对应关系 102
4.4 打印设备 106
4.4.1 打印设备的分类 106
4.4.2 点阵针式打印机 107
4.4.3 激光打印机 108
4.4.4 喷墨打印机 109
4.4.5 几种打印机的比较 109
4.5 磁盘存储器 109
4.5.1 磁表面存储器原理 110
4.5.2 磁盘的物理组织 112
4.5.3 磁盘的数据组织和寻址 113
4.5.4 磁盘技术指标 114
4.6 其他外部存储器 117
4.6.1 RAID（磁盘冗余阵列） 117
4.6.2 光存储器 122
4.6.3 磁带 124
4.7 外部接口SCSI 125
4.7.1 接口的类型 125
4.7.2 点对点和多点配置 125
4.7.3 小型计算机系统接口（SCSI） 126
小结 129
习题 130
第5章 输入／输出系统 133
5.1 输入／输出系统概述 133
5.1.1 输入／输出接口 133
5.1.2 接口的功能、基本组成和类型 134
5.1.3 外设的识别与端口寻址 136
5.1.4 输入／输出信息传输控制方式 137
5.2 程序查询方式及其接口 138
5.2.1 程序查询方式 138
5.2.2 程序查询方式接口 139
5.3 程序中断方式及其接口 142
5.3.1 中断的基本概念 142
5.3.2 中断请求和中断判优 143
5.3.3 中断响应和中断处理 145
5.3.4 多重中断与中断屏蔽 148
5.3.5 中断全过程 149
5.3.6 程序中断接口结构 149
5.3.7 中断控制器 150
5.4 DMA方式及其接口 152
5.4.1 DMA方式的基本概念 152
5.4.2 DMA接口 154
5.4.3 DMA传输方法与传输过程 156
5.4.4 DMA控制器与外设的接口 159
5.5 通道方式及其接口 160
5.5.1 通道的基本概念 160
5.5.2 通道的类型 161
5.5.3 通道工作过程 163
小结 164
习题 164
第三篇 中央处理器 169
第6章 信息的表示 169
6.1 概述 169
6.1.1 位置编码系统 169
6.1.2 数值在计算机中的表示 170
6.2 定点数的表示 170
6.2.1 原码表示法 171
6.2.2 补码表示法 172
6.3 浮点数的表示 173
6.3.1 原理 173
6.3.2 二进制浮点表示的IEEE标准 175
6.4 文字信息的表示 176
6.4.1 字符与字符串的表示 176
6.4.2 汉字的表示 177
6.5 其他信息的表示 178
6.5.1 语音的计算机表示 178
6.5.2 位图图像的计算机表示 178
6.5.3 图形的计算机表示 179
6.6 校验码 179
6.6.1 奇偶校验码 180
6.6.2 循环冗余码 181
6.6.3 海明码 183
小结 185
习题 185
第7章 运算方法和运算器 187
7.1 定点加减法运算 187
7.1.1 补码加法 187
7.1.2 补码减法 188
7.1.3 溢出 188
7.1.4 基本的加／减法器 189
7.2 定点乘法运算 190
7.2.1 原码乘法 190
7.2.2 补码一位乘 192
7.2.3 快速乘法 193
7.3 定点除法运算 195
7.3.1 恢复余数除法 195
7.3.2 不恢复余数除法 196
7.3.3 补码不恢复余数除法 198
7.3.4 快速除法 201
7.4 逻辑运算 202
7.4.1 基本逻辑运算 202
7.4.2 复合逻辑运算 202
7.5 算术／逻辑单元（ALU） 203
7.5.1 ALU的组成 203
7.5.2 先行进位的实现 204
7.6 定点运算器的组成 205
7.6.1 内部总线 206
7.6.2 带有累加器的简单运算器 208
7.6.3 单总线移位乘除运算器 209
7.6.4 三总线阵列乘除运算器 210
7.7 浮点运算和浮点运算器 211
7.7.1 浮点加／减法 211
7.7.2 浮点乘／除法 213
7.7.3 舍入处理 214
7.7.4 浮点运算器 215
小结 217
习题 218
第8章 指令系统 220
8.1 指令系统的发展与性能要求 220
8.1.1 指令系统的发展 220
8.1.2 指令系统的性能要求 221
8.1.3 低级语言与硬件结构的关系 221
8.2 机器指令的设计要素 222
8.2.1 机器指令格式 222
8.2.2 操作码设计 223
8.2.3 地址码设计 224
8.2.4 指令集设计 227
8.2.5 指令字长 229
8.3 指令和操作数的寻址方式 230
8.3.1 指令的寻址方式 230
8.3.2 操作数寻址方式 231
8.4 RISC技术 239
8.4.1 RISC的产生和发展 240
8.4.2 RISC的主要特征 241
8.4.3 RISC和CISC的比较 244
小结 245
习题 246
第9章 CPU的结构与功能 249
9.1 CPU的组织 249
9.1.1 CPU的功能 249
9.1.2 CPU的基本组成 250
9.2 寄存器组织 250
9.2.1 用户可见寄存器 251
9.2.2 控制和状态寄存器 251
9.2.3 操作控制器和时序控制器 253
9.3 控制器组织 253
9.3.1 控制器的基本组成 253
9.3.2 指令执行的基本过程 254
9.3.3 控制器的时序系统 254
9.3.4 控制器的基本控制方式 257
9.4 时序产生器组织 258
9.4.1 组合逻辑控制器的时序产生器 258
9.4.2 微程序控制器的时序产生器 259
9.5 指令流水 260
9.5.1 流水线策略 260
9.5.2 流水线分类 262
9.5.3 流水线的主要问题 262
9.6 RISC的硬件结构 264
9.7 Pentium处理器 264
9.7.1 Pentium的结构框图 265
9.7.2 寄存器组织 265
小结 266
习题 266
第四篇 控制器 270
第10章 控制器的功能与设计 270
10.1 控制器的功能 270
10.1.1 微操作 270
10.1.2 指令周期分析 271
10.1.3 功能需求 273
10.1.4 控制信号 274
10.1.5 控制信号举例 275
10.2 模型机的设计 278
10.2.1 指令系统和寻址方式 279
10.2.2 CPU及模型机硬件系统 283
10.2.3 模型机时序系统与控制方式 286
10.2.4 模型机指令微流程 287
10.3 硬布线控制器 298
10.3.1 基本原理 299
10.3.2 模型机的硬布线控制器设计 300
10.4 微程序控制器原理 301
10.4.1 基本思想和基本概念 301
10.4.2 微程序控制器组成 301
10.4.3 微指令编码 303
10.4.4 微地址形成 305
10.4.5 微指令格式 306
10.4.6 动态微程序设计和毫微程序设计 307
10.4.7 微程序的时序控制 307
10.5 模型机微程序控制器设计 310
10.5.1 微指令格式设计 310
10.5.2 模型机微程序设计 313
小结 319
习题 320
附录A 数字逻辑 324
参考文献 332