第1章 计算机系统概论 1
1.1计算机的发展与应用 1
1.1.1国内外计算机发展概况 1
1.1.2摩尔定律 2
1.1.3计算机的发展趋势 3
1.1.4多核处理器 4
1.1.5嵌入式计算机 4
1.1.6计算机的应用 5
1.2计算机系统的组成 7
1.2.1计算机硬件系统 7
1.2.2计算机软件系统 11
1.3计算机的性能指标和性能评价 12
1.3.1基本性能指标 13
1.3.2与执行时间有关的性能指标 13
1.3.3 CPU性能公式及其应用 16
1.3.4性能测试 18
1.3.5计算机系统的可靠性及其评价 21
1.4计算机系统的层次结构 22
1.4.1计算机系统的层次结构及各层简介 23
1.4.2各层之间的关系 24
1.4.3硬件和软件逻辑功能的等价性 24
本章小结 25
习题1 27
课外实践 28
第2章 数据信息的表示 29
2.1数据表示的目的及设计数据格式应考虑的因素 29
2.2数值数据的表示 30
2.2.1数的机器码表示 30
2.2.2数的定点表示 35
2.2.3浮点数据表示 37
2.2.4十进制数的二进制编码与运算 41
2.3非数值数据的表示 43
2.3.1字符的表示方法 43
2.3.2汉字编码 44
2.4数据信息的校验 46
2.4.1码距与数据校验 46
2.4.2奇偶校验 47
2.4.3海明校验 49
2.4.4循环冗余校验（CRC） 53
本章小结 57
习题2 59
课外实践 61
第3章 运算方法与运算器 62
3.1定点补码加减法运算 62
3.1.1补码加减法运算方法 62
3.1.2溢出及检测 65
3.1.3补码加减法的逻辑实现 69
3.2移码加减运算及实现逻辑 69
3.3定点乘法运算 72
3.3.1机器数的移位操作 72
3.3.2原码一位乘法 73
3.3.3补码一位乘法 76
3.3.4阵列乘法器 79
3.4定点除法运算 81
3.4.1原码一位除法 81
3.4.2基于不恢复余数的补码一位除法 84
3.4.3阵列除法器 86
3.5浮点运算 88
3.5.1浮点数加减运算 88
3.5.2浮点乘法运算 92
3.5.3浮点除法运算 93
3.6逻辑运算 93
3.7运算器 94
3.7.1定点运算器 94
3.7.2浮点运算器 96
3.7.3基本算术逻辑运算单元的设计 96
本章小结 104
习题3 108
课外实践 109
第4章 存储系统 110
4.1存储器概述 110
4.1.1存储器分类 110
4.1.2主存的主要技术指标 112
4.1.3主存中数据的存放 113
4.1.4主存的基本结构和工作过程 115
4.1.5存储系统层次结构 115
4.2半导体存储器 116
4.2.1静态MOS存储器（SRAM） 116
4.2.2动态MOS存储器（DRAM） 120
4.2.3只读存储器 125
4.2.4新型存储器 128
4.3主存的组织及与CPU的连接 131
4.3.1存储器的扩展 132
4.3.2存储器接口 136
4.4并行主存系统 138
4.5高速缓冲存储器（cache） 141
4.5.1程序访问的局部性原理 141
4.5.2 ache的工作原理 142
4.5.3相联存储器 145
4.5.4 cache的地址映射及变换方法 146
4.5.5替换算法 154
4.5.6 cache的写策略 159
4.5.7多cache结构 160
4.6虚拟存储器 161
4.6.1虚拟存储器的工作原理 161
4.6.2虚拟存储器的地址映射与变换 162
4.6.3页式虚拟存储器 162
4.6.4段式虚拟存储器 167
4.6.5段页式虚拟存储器 168
4.7存储保护 169
4.8辅助存储器 170
4.8.1磁表面存储器 170
4.8.2光盘存储器 175
4.8.3冗余磁盘阵列 178
本章小结 183
习题4 189
课外实践 192
第5章 指令系统 193
5.1指令系统概述 193
5.2指令格式 194
5.2.1操作码 195
5.2.2地址码 195
5.2.3关于指令长度的有关概念 197
5.3指令和操作数的寻址方式 198
5.3.1指令的寻址方式 198
5.3.2操作数寻址方式 199
5.3.3寻址方式举例 207
5.4指令系统类型 208
5.5指令格式设计及优化 212
5.5.1指令格式的设计 212
5.5.2指令格式的优化 214
5.6 CISC和RISC的基本概念 218
5.6.1复杂指令系统计算机（CISC） 218
5.6.2精简指令系统计算机（RISC） 219
5.7指令系统举例 220
5.7.1 8088/8086指令系统 220
5.7.2 Pentium 指令系统 222
5.7.3 MIPS指令系统 223
本章小结 228
习题5 231
课外实践 233
第6章 中央处理器 234
6.1中央处理器的功能与组成 234
6.1.1中央处理器的功能 234
6.1.2中央处理器的组成 234
6.2指令周期 237
6.2.1指令执行的一般流程 237
6.2.2指令周期的基本概念 237
6.2.3寄存器级传送语言RTL 238
6.3数据通路的构成及指令操作流程 239
6.3.1基于单总线结构的数据通路 239
6.3.2基于专用通路结构的数据通路 244
6.4时序与控制 258
6.4.1中央处理器的时序 258
6.4.2控制方式 260
6.5微程序控制器 261
6.5.1微程序控制的基本概念 261
6.5.2微程序控制器组成原理 263
6.5.3微指令及其编码方法 265
6.5.4微程序设计举例 267
6.6硬布线控制器 271
6.6.1硬布线控制器的模型 271
6.6.2硬布线控制器的设计举例 271
6.7中央处理器举例 277
本章小结 280
习题6 284
课外实践 286
第7章 流水线技术概述 287
7.1流水线的基本概念 287
7.2流水线的分类 288
7.3流水线的性能分析 291
7.4流水线的性能分析举例 295
7.5流水线中的相关和冲突问题 298
7.5.1经典5段MIPS指令流水线 299
7.5.2流水线的冲突和相关 301
7.6指令级高度并行技术 304
本章小结 305
习题7 306
课外实践 307
第8章 系统总线 308
8.1总线基本概念 308
8.1.1总线的分类 308
8.1.2总线的特性 309
8.1.3三态门与总线 310
8.1.4总线事务类型 311
8.1.5信号线的类型 311
8.1.6总线性能指标 311
8.2总线的连接方式 312
8.3总线的仲裁方法 316
8.4总线的定时方式 319
8.5总线的信息传送 323
8.6总线标准 325
8.6.1总线发展概述 325
8.6.2几种典型的流行总线标准 326
本章小结 335
习题8 338
课外实践 339
第9章 输入输出系统 340
9.1输入输出特性 340
9.2 I/O接口 341
9.2.1 I/O接口的功能 341
9.2.2 I/O接口的结构 342
9.2.3接口的分类 342
9.2.4 I/O的连接方式 343
9.2.5 I/O设备的编址 344
9.3输入输出数据传输控制方式概述 345
9.4程序查询控制方式 347
9.4.1程序查询控制方式的接口 347
9.4.2设备状态寄存器的格式 348
9.4.3程序查询方式数据输入输出流程 348
9.5程序中断控制方式 350
9.5.1中断的概念 350
9.5.2中断请求的建立与传送 353
9.5.3中断响应 355
9.5.4中断源识别以及获得中断服务程序入口地址的方法 355
9.5.5中断处理流程 359
9.6 DMA方式 363
9.6.1 DMA的基本概念 363
9.6.2 DMA传送方式 364
9.6.3 DMA操作过程 365
9.6.4 DMA控制器的基本组成 367
9.6.5选择型和多路型DMA控制器 368
9.7通道方式 369
9.7.1通道概念 369
9.7.2通道的类型 369
9.7.3 CPU对通道的控制 371
9.7.4通道结构的发展 371
9.8输入输出设备 372
9.8.1输入输出设备分类 372
9.8.2输入设备的工作原理 373
9.8.3输出设备 376
本章小结 389
习题9 392
课外实践 395
参考文献 396
读者可参考的资源网站 397