第1章 概论 1
1.1电子计算机与存储程序控制 1
1.1.1电子计算机的发展 1
1.1.2存储程序概念 2
1.2计算机的硬件组成 3
1.2.1计算机的主要部件 3
1.2.2计算机各大部件之间连接 4
1.2.3不同对象观察到的计算机硬件系统 6
1.2.4冯·诺依曼结构和哈佛结构的存储器设计思想 7
1.3计算机系统 8
1.3.1硬件与软件的关系 8
1.3.2系列机和软件兼容 9
1.3.3计算机系统的多层次结构 9
1.3.4实际机器和虚拟机器 10
1.4计算机的工作过程和主要性能指标 11
1.4.1计算机的工作过程 11
1.4.2计算机的主要性能指标 12
习题 14
第2章 数据的机器层次表示 15
2.1数值数据的表示 15
2.1.1计算机中的数值数据 15
2.1.2无符号数和带符号数 15
2.1.3原码表示法 16
2.1.4补码表示法 17
2.1.5反码表示法 18
2.1.6 3种机器数的比较与转换 19
2.2机器数的定点表示与浮点表示 20
2.2.1定点表示法 20
2.2.2浮点表示法 22
2.2.3浮点数阶码的移码表示法 24
2.2.4浮点数尾数的基数 25
2.2.5 IEEE 754标准浮点数 26
2.2.6定点、浮点表示法与定点、浮点计算机 28
2.3非数值数据的表示 29
2.3.1字符和字符串的表示 29
2.3.2汉字的表示 30
2.3.3统一代码 32
2.4十进制数和数串的表示 34
2.4.1十进制数的编码 34
2.4.2十进制数串 35
2.5不同类型的数据表示举例 36
2.5.1 C语言中的数据表示 36
2.5.2现代微型计算机系统中的数据表示 37
2.6数据校验码 39
2.6.1奇偶校验码 40
2.6.2汉明校验码 41
2.6.3循环冗余校验码 44
习题 46
第3章 指令系统 49
3.1指令格式 49
3.1.1机器指令的基本格式 49
3.1.2地址码结构 50
3.1.3指令的操作码 52
3.2寻址技术 54
3.2.1编址方式 54
3.2.2指令寻址和数据寻址 55
3.2.3基本的数据寻址方式 56
3.2.4变型或组合寻址方式 61
3.3堆栈与堆栈操作 63
3.3.1堆栈结构 63
3.3.2堆栈操作 64
3.4指令类型 65
3.4.1数据传送类指令 65
3.4.2运算类指令 66
3.4.3程序控制类指令 67
3.4.4输入输出类指令 69
3.4.5 80x86指令系统举例 69
3.5指令系统的发展 72
3.5.1 x86架构的扩展指令集 72
3.5.2从复杂指令系统到精简指令系统 74
3.5.3 VLIW和EPIC 74
习题 75
第4章 数值的机器运算 79
4.1基本算术运算的实现 79
4.1.1加法器 79
4.1.2进位的产生和传递 80
4.1.3并行加法器的快速进位 81
4.2定点加减运算 83
4.2.1原码加减运算 83
4.2.2补码加减运算 84
4.2.3补码的溢出判断与检测方法 86
4.2.4补码定点加减运算的实现 88
4.3带符号数的移位和舍入操作 89
4.3.1带符号数的移位操作 89
4.3.2带符号数的舍入操作 90
4.4定点乘法运算 91
4.4.1原码一位乘法 91
4.4.2补码一位乘法 93
4.4.3补码两位乘法 96
4.4.4阵列乘法器 97
4.5定点除法运算 98
4.5.1原码除法运算 98
4.5.2补码除法运算 102
4.5.3阵列除法器 105
4.6规格化浮点运算 105
4.6.1浮点加减运算 105
4.6.2浮点乘除运算 108
4.6.3浮点运算器的实现 109
4.7十进制整数的加法运算 109
4.7.1一位十进制加法运算 109
4.7.2十进制加法器 111
4.7.3多位十进制加法 112
4.8逻辑运算与实现 113
4.9运算器的基本组成与实例 114
4.9.1运算器结构 114
4.9.2 ALU举例 116
4.9.3浮点运算器举例 118
习题 120
第5章 存储系统和结构 122
5.1存储系统的组成 122
5.1.1存储器分类 122
5.1.2存储系统层次结构 124
5.2主存储器的组织 125
5.2.1主存储器的基本结构 125
5.2.2主存储器的存储单元 126
5.2.3主存储器的主要技术指标 127
5.2.4数据在主存中的存放 128
5.3半导体随机存储器和只读存储器 129
5.3.1 RAM记忆单元电路 129
5.3.2动态RAM的刷新 132
5.3.3 RAM芯片分析 134
5.3.4半导体只读存储器 137
5.3.5半导体存储器的封装 138
5.4主存储器的连接与控制 139
5.4.1主存容量的扩展 139
5.4.2存储芯片的地址分配和片选 141
5.4.3主存储器和CPU的连接 143
5.4.4主存的校验 144
5.4.5 PC系列微型计算机的存储器接口 145
5.5提高主存读写速度的技术 149
5.5.1主存与CPU速度的匹配 149
5.5.2 FPM DRAM 150
5.5.3 ED（） DRAM 150
5.5.4 SDRAM 151
5.5.5 DDR SDRAM 151
5.5.6 DDR2、DDR3和DDR4 SDRAM 152
5.5.7 Rambus DRAM 153
5.5.8多通道内存技术 154
5.6多体交叉存储技术 155
5.6.1并行访问存储器 155
5.6.2交叉访问存储器 155
5.7高速缓冲存储器 156
5.7.1高速缓存工作原理 156
5.7.2 Cache的读写操作 157
5.7.3地址映像 158
5.7.4替换算法 159
5.7.5更新策略 160
5.7.6 PC机中Cache技术的实现 160
5.8虚拟存储器 161
5.8.1虚拟存储器的基本概念 161
5.8.2页式虚拟存储器 161
5.8.3段式虚拟存储器 162
5.8.4段页式虚拟存储器 163
5.8.5快表与慢表 163
习题 164
第6章 中央处理器 167
6.1中央处理器的功能和组成 167
6.1.1 CPU的功能 167
6.1.2 CPU中的主要寄存器 167
6.1.3 CPU的组成 169
6.1.4 CPU的主要技术参数 170
6.2控制器的组成和实现方法 172
6.2.1控制器的基本组成 172
6.2.2控制器的硬件实现方法 174
6.3时序系统与控制方式 175
6.3.1时序系统 175
6.3.2控制方式 177
6.3.3指令运行的基本过程 178
6.3.4指令的微操作序列 179
6.4微程序控制原理 181
6.4.1微程序控制的基本概念 181
6.4.2微指令编码法 182
6.4.3微程序控制器的组成和工作过程 184
6.4.4微程序入口地址的形成 185
6.4.5后继微地址的形成 186
6.4.6微程序设计 187
6.5控制单元的设计 189
6.5.1简单的CPU模型 189
6.5.2组合逻辑控制单元设计 192
6.5.3微程序控制单元设计 196
6.6流水线技术 198
6.6.1重叠控制 199
6.6.2先行控制原理 200
6.6.3流水工作原理 201
6.7精简指令系统计算机 203
6.7.1 RISC的特点和优势 203
6.7.2 RISC基本技术 204
6.8微处理器中的新技术 205
6.8.1超标量和超流水线技术 205
6.8.2 EPIC的指令级并行处理 206
6.8.3超线程技术 206
6.8.4双核与多核技术 207
习题 209
第7章 总线 212
7.1总线概述 212
7.1.1总线的基本概念 212
7.1.2总线的分类 213
7.1.3总线的组成及性能指标 214
7.2总线仲裁 216
7.2.1集中仲裁方式 216
7.2.2分布仲裁方式 218
7.3总线定时控制 218
7.3.1同步定时方式 218
7.3.2异步定时方式 219
7.4总线标准 219
7.4.1系统总线标准 220
7.4.2外部总线标准 221
习题 224
第8章 外部设备 226
8.1外部设备概述 226
8.1.1外部设备的分类 226
8.1.2外部设备的地位和作用 227
8.2磁介质存储器的性能和原理 228
8.2.1磁介质存储器的读写 228
8.2.2磁介质存储器的技术指标 229
8.2.3数字磁记录方式 230
8.2.4编码方式的比较 233
8.3磁介质存储设备 234
8.3.1硬盘存储器的基本结构与分类 234
8.3.2硬盘驱动器 234
8.3.3硬盘的信息分布和磁盘地址 235
8.3.4硬盘存储器的技术参数 236
8.3.5硬盘的分区域记录 238
8.3.6硬盘的NCQ技术 239
8.3.7软磁盘存储器 239
8.4磁盘阵列 240
8.4.1 RAID简介 240
8.4.2 RAID的分级 241
8.5光盘存储器 242
8.5.1光盘存储器的类型 242
8.5.2光盘存储器的组成及工作原理 243
8.5.3光盘驱动器 246
8.6新型辅助存储器 248
8.6.1基于磁或磁光介质的可移动存储器 248
8.6.2基于电子器件的存储器 250
8.7键盘输入设备 252
8.7.1键开关与键盘类型 252
8.7.2键盘扫描 253
8.7.3微型计算机键盘 254
8.8其他输入设备 256
8.8.1鼠标器 256
8.8.2其他定位设备 257
8.8.3扫描仪 257
8.9打印输出设备 259
8.9.1打印机概述 259
8.9.2打印机的主要性能指标 260
8.9.3针式打印机工作原理 261
8.9.4喷墨打印机工作原理 263
8.9.5激光打印机工作原理 264
8.10显示设备 265
8.10.1显示器概述 265
8.10.2 CRT显示器 265
8.10.3字符显示器的工作原理 269
8.10.4图形显示器的工作原理 271
8.10.5 LCD显示器 273
8.10.6视频显示标准 275
8.10.7微型计算机的显示适配器 276
习题 276
第9章 输入输出系统 279
9.1主机与外设的连接 279
9.1.1输入输出接口 279
9.1.2接口的功能和基本组成 280
9.1.3外设的识别与端口寻址 282
9.1.4输入输出信息传送控制方式 283
9.2程序查询方式及其接口 284
9.2.1程序查询方式 285
9.2.2程序查询方式接口 286
9.3中断系统和程序中断方式 288
9.3.1中断的基本概念 288
9.3.2中断请求和中断判优 290
9.3.3中断响应和中断处理 293
9.3.4多重中断与中断屏蔽 296
9.3.5中断全过程 300
9.3.6程序中断接口结构 300
9.4 DMA方式及其接口 301
9.4.1 DMA方式的基本概念 301
9.4.2 DMA接口 303
9.4.3 DMA传送方法与传送过程 305
9.5通道控制方式 307
9.5.1通道的基本概念 307
9.5.2通道的类型与结构 308
9.5.3通道程序 311
9.5.4通道工作过程 313
习题 313
索引 316
参考文献 326