第1章 计算机系统 1
1.1 计算机的产生和发展 1
1.1.1 发展经历 1
1.1.2 新一代计算机 2
1.1.3 发展方向 3
1.2 计算机的分类及应用 4
1.2.1 计算机的分类 4
1.2.2 计算机的应用 4
1.3 计算机的硬件系统 5
1.3.1 体系结构 5
1.3.2 主要部件 6
1.3.3 性能指标 11
1.4 计算机的软件系统 12
1.4.1 系统软件 12
1.4.2 应用软件 13
1.4.3 计算机语言 13
思考题与习题 17
第2章 计算机数据表示 18
2.1 数值数据的表示 18
2.1.1 进位计数制及互相转换 18
2.1.2 原码、反码和补码的表示 23
2.2 非数值数据的表示 27
2.2.1 信息编码 27
2.2.2 字符数据 27
2.2.3 逻辑数据 28
2.2.4 汉字的表示方法 29
2.2.5 语音的表示方法 31
2.2.6 图像的表示方法 31
2.2.7 图形的表示方法 32
2.3 校验 32
2.3.1 奇偶校验码 32
2.3.2 海明校验码 32
2.3.3 循环冗余校验码 33
思考题与习题 36
第3章 数字逻辑基础 38
3.1 逻辑代数初步 38
3.1.1 逻辑代数的基本运算 38
3.1.2 逻辑代数的运算法则 42
3.1.3 逻辑表达式的化简 43
3.2 逻辑电路 44
3.2.1 3种基本逻辑电路 44
3.2.2 4种组合逻辑电路 46
3.3 触发器 48
3.3.1 R-S触发器 49
3.3.2 D触发器 49
3.3.3 J-K触发器 51
3.4 加法器 52
3.4.1 半加器 52
3.4.2 全加器 53
3.4.3 逐位进位加法器 54
3.4.4 基本的二进制加法／减法器 54
3.4.5 基本的十进制加法器 54
3.5 寄存器 57
3.5.1 基本寄存器 57
3.5.2 移位寄存器 58
3.6 计数器 60
3.6.1 行波计数器 60
3.6.2 同步计数器 61
3.6.3 环形计数器 61
3.6.4 程序计数器 62
3.7 累加器 62
思考题与习题 62
第4章 运算方法和运算器 64
4.1 定点加减法运算 64
4.1.1 原码加法运算 64
4.1.2 补码加法运算 65
4.1.3 补码减法运算 67
4.1.4 补码加法、减法运算规则和实例 68
4.1.5 反码加法、减法运算 69
4.1.6 溢出判断与检测 69
4.1.7 定点加减法的实现 71
4.2 移位运算 72
4.2.1 逻辑移位 72
4.2.2 循环移位 72
4.2.3 算术移位 73
4.2.4 使用注意 74
4.3 定点乘法运算 76
4.3.1 定点原码一位乘 76
4.3.2 定点原码一位乘相加算法 77
4.3.3 定点原码一位乘的实现 82
4.3.4 定点补码一位乘 82
4.3.5 定点补码一位乘的实现 87
4.4 定点除法运算 87
4.4.1 原码一位除法 87
4.4.2 补码一位除法 94
4.5 浮点算术运算 97
4.5.1 浮点加法和减法 97
4.5.2 举例 101
4.5.3 浮点乘法运算 106
4.5.4 浮点除法运算 106
4.6 逻辑运算 107
4.6.1 非运算 107
4.6.2 与运算 107
4.6.3 或运算 107
4.6.4 异或运算 108
4.7 运算器的组成和结构 108
4.7.1 加法器 108
4.7.2 多功能算术／逻辑运算单元 109
4.7.3 运算器的基本结构 113
思考题与习题 115
第5章 指令系统 116
5.1 计算机的指令系统 116
5.1.1 指令集 116
5.1.2 指令格式 116
5.2 指令结构及分类 120
5.2.1 CISC和RISC 120
5.2.2 常规指令类型 121
5.3 寻址 124
5.3.1 寻址的概念 125
5.3.2 寻址方式 125
5.3.3 操作数的寻址方式 126
思考题与习题 132
第6章 中央处理器 133
6.1 中央处理器的功能和组成 133
6.1.1 中央处理器的功能 133
6.1.2 中央处理器的组成 134
6.1.3 运算器 136
6.1.4 控制器 136
6.1.5 组成CPU的三部件 137
6.2 指令周期 138
6.2.1 预备知识 138
6.2.2 指令周期的基本概念 138
6.2.3 非访内指令的指令周期 140
6.2.4 直接访内指令的指令周期 142
6.2.5 间接访内指令的指令周期 144
6.2.6 程序控制指令的指令周期 146
6.3 组合逻辑控制器 147
6.3.1 组合逻辑控制器的原理 147
6.3.2 组合逻辑控制器举例 149
6.4 微程序控制器 151
6.4.1 微程序逻辑控制器的基本思想 151
6.4.2 微程序设计的几个基本概念 152
6.4.3 微指令控制字段的组合方法 153
6.4.4 微指令下地址控制字段设计方法 154
6.4.5 微指令的执行过程 155
6.5 PLA控制器 155
6.5.1 PLA的基本原理 155
6.5.2 PLA控制器 156
6.6 CPU的设计 157
6.6.1 设计原则 157
6.6.2 设计指导思想 157
6.6.3 硬布线控制器设计 161
6.6.4 微程序设计 162
6.6.5 微程序设计与硬布线逻辑设计的比较 166
6.6.6 流水线技术 167
6.7 多核处理器 169
6.7.1 概念 169
6.7.2 多核处理器结构 170
思考题与习题 171
第7章 存储系统 172
7.1 基础知识 172
7.1.1 存储器与存储系统 172
7.1.2 存储器的作用和性能指标 173
7.1.3 存储器的分类 174
7.2 存储器组成结构 177
7.2.1 主存储器 177
7.2.2 半导体存储器 178
7.2.3 多体交叉存储器和双端口存储器 183
7.2.4 外存储器 184
7.2.5 虚拟存储器 189
7.2.6 高速缓冲存储器 192
7.2.7 虚拟存储和Cache 198
7.3 存储器的分级结构 198
7.3.1 层次体系结构的概念 198
7.3.2 主存-辅存层次 199
7.3.3 高速缓存-主存-辅存层次 199
7.3.4 多级存储系统 200
7.4 存储器阵列和存储器操作 201
7.4.1 存储器阵列 201
7.4.2 地址译码操作 202
7.4.3 存储器的读写操作 205
7.5 存储器芯片的组合 206
7.5.1 存储器芯片的内部组织 206
7.5.2 存储器芯片的组合 207
7.5.3 位并联 208
7.5.4 字串联 208
7.5.5 字位同时扩展 209
7.5.6 需求芯片的计算 209
7.5.7 存储器芯片组合设计示例 209
7.5.8 地址复用技术 212
思考题与习题 212
第8章 总线及I/O系统 214
8.1 总线概述 214
8.1.1 总线的基本概念 214
8.1.2 微型计算机总线的层次结构 216
8.1.3 总线性能指标 216
8.2 总线的组成结构和物理实现 218
8.2.1 总线的组成 218
8.2.2 总线的结构 218
8.2.3 内部总线和外部总线 220
8.2.4 单向传送总线和双向传送总线 220
8.2.5 总线的数据传送方式 221
8.2.6 总线的物理实现 222
8.3 总线仲裁和总线通信 223
8.3.1 总线仲裁的意义 223
8.3.2 总线仲裁的方式 223
8.3.3 错误检测 225
8.3.4 总线定时 226
8.3.5 总线通信 226
8.4 总线接口和总线标准 228
8.4.1 总线接口 228
8.4.2 接口的分类 229
8.4.3 总线标准 230
8.5 I/O系统 231
8.5.1 I/O设备 232
8.5.2 I/O接口 242
8.5.3 编程控制的输入／输出 245
8.5.4 程序中断方式 248
8.5.5 DMA方式 255
8.5.6 通道方式 261
8.5.7 输入／输出处理器 265
8.5.8 输入／输出系统的发展 266
思考题与习题 267
参考文献 269