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第1章　计算机系统概论 1

1.1　计算机发展历程 1

1.1.1　冯·诺依曼型计算机的特点和功能 1

1.1.2　计算机的发展历史 3

1.1.3　计算机的发展趋势 5

1.2　计算机系统的层次结构及计算机组成 6

1.2.1　计算机系统的层次结构 6

1.2.2　计算机系统结构和计算机组成 9

1.3　计算机系统的组成 9

1.3.1　计算机的硬件系统 10

1.3.2　计算机的软件系统 13

1.3.3　计算机硬件与软件的逻辑等价性 14

1.4　计算机的工作过程 14

1.4.1　使用计算机求解的一个简单例子 15

1.4.2　计算机工作过程 16

1.5　计算机性能 18

1.5.1　计算机性能的衡量尺度 18

1.5.2　反映计算机性能的参数 19

1.5.3　性能因子CPI 19

1.5.4　计算机性能常用指标 20

1.6　计算机的分类和应用 21

1.6.1　计算机的分类 21

1.6.2　计算机的应用 24

本章小结 27

习题1 28

第2章　运算方法和运算器 30

2.1　数值数据的表示方法 30

2.1.1　数据格式 30

2.1.2　数的机器码表示 34

2.2　非数值数据的表示方法 39

2.2.1　字符数据的表示 39

2.2.2　汉字的表示 40

2.3　定点加法、减法运算 41

2.3.1　补码加法、减法 41

2.3.2　原码加法、减法 49

2.3.3　移码加法、减法 52

2.3.4　十进制加法器 53

2.4　定点乘法运算 54

2.4.1　原码一位乘法 54

2.4.2　补码一位乘法 56

2.4.3　阵列乘法器 61

2.5　定点除法运算 70

2.5.1　原码一位除法 70

2.5.2　补码一位除法 73

2.5.3　阵列除法器 75

2.6　逻辑运算和移位运算 78

2.6.1　逻辑运算 78

2.6.2　移位运算 80

2.7　定点运算器的组成与结构 83

2.7.1　多功能算术逻辑运算单元 84

2.7.2　定点运算器 89

2.8　浮点运算方法和浮点运算器 92

2.8.1　浮点加法、减法运算 93

2.8.2　浮点乘法、除法运算 95

2.8.3　浮点运算器举例 98

2.9　数据校验码 100

2.9.1　奇偶校验码 101

2.9.2　海明校验码 101

2.9.3　循环冗余校验码 104

本章小结 107

习题2 108

第3章　存储系统 113

3.1　存储器概述 113

3.1.1　存储器的分类 113

3.1.2　存储器的层次结构 114

3.1.3　主存储器的主要技术指标 115

3.2　半导体随机读写存储器 115

3.2.1 SRAM 116

3.2.2 DRAM 119

3.3　半导体只读存储器 123

3.3.1　半导体只读存储器的分类 123

3.3.2 EPROM存储器芯片实例 124

3.4　半导体存储器的容量扩展 126

3.4.1 位扩展 126

3.4.2　字扩展 127

3.4.3　字位扩展 127

3.5　高速存储器 130

3.5.1　双端口RAM 130

3.5.2　多模块交叉存储器 132

3.5.3　相联存储器 134

3.6 Cache存储器 136

3.6.1 Cache的功能、基本原理与性能参数 136

3.6.2　多层次Cache存储器 139

3.6.3 Cache的地址映像与变换 140

3.6.4 Cache的替换算法 145

3.6.5 Cache的取算法 145

3.6.6 Cache的写策略 146

3.7　虚拟存储器 147

3.7.1　虚拟存储器的基本概念 147

3.7.2　页式虚拟存储器 148

3.7.3　段式虚拟存储器 149

3.7.4　段页式虚拟存储器 150

3.7.5　虚拟存储器的替换算法 151

本章小结 152

习题3 153

第4章　指令系统 156

4.1　指令系统的发展与性能要求 156

4.1.1　指令系统的发展 156

4.1.2　对指令系统性能的要求 157

4.1.3　计算机语言 158

4.2　指令格式 158

4.2.1　地址码 159

4.2.2　操作码 160

4.2.3　指令字长与机器字长的关系 1163

4.2.4　指令格式举例 164

4.3　指令和数据的寻址方式 166

4.3.1　指令的寻址方式 166

4.3.2　操作数的寻址方式 166

4.3.3　指令格式的分析与设计 173

4.4　典型指令 176

4.4.1　指令的分类 176

4.4.2 RISC指令系统实例SUN SPARC 178

4.4.3 Pentium指令系统 181

4.5 CISC和RISC 188

4.5.1 CISC 188

4.5.2 RISC 188

4.5.3 退耦的CISC/RISC 191

4.5.4　后RISC 192

本章小结 193

习题4 194

第5章　中央处理器 198

5.1 CPU的功能和组成 198

5.1.1 CPU的功能 198

5.1.2 CPU的基本组成 199

5.1.3 CPU中的主要寄存器 200

5.1.4　操作控制器和时序产生器 202

5.2　指令周期 203

5.2.1　指令周期的基本概念 203

5.2.2　MOV指令的指令周期 206

5.2.3 LAD指令的指令周期 207

5.2.4 ADD指令的指令周期 209

5.2.5　INC指令的指令周期 210

5.2.6　DEC指令的指令周期 211

5.2.7 JNZ指令的指令周期 212

5.2.8 STO指令的指令周期 213

5.2.9 JMP指令的指令周期 214

5.2.10　用方框图语言表示指令周期 214

5.3　时序产生器和控制方式 218

5.3.1 时序信号的作用和体制 218

5.3.2　多级时序系统 219

5.3.3　时序信号产生器 220

5.3.4　控制方式 222

5.4　微程序控制器 223

5.4.1　微指令和微程序 223

5.4.2　微程序控制器的组成和工作原理 227

5.4.3　微程序设计举例 229

5.5　微程序设计技术 232

5.5.1　微命令的编码方法 232

5.5.2　微地址的形成方法 235

5.5.3　微指令格式 236

5.5.4　微程序控制器的设计方法 239

5.6　硬连线控制器 240

5.6.1　硬连线控制器的组成和工作原理 240

5.6.2　典型指令的指令周期流程图 241

5.6.3　硬连线控制器的设计方法 243

5.6.4　硬连线控制与微程序控制的比较 243

5.7　流水线技术 244

5.7.1　并行性的基本概念 244

5.7.2　并行处理技术 245

5.7.3　流水线的工作原理、特点及分类 246

5.7.4　相关问题及解决方法 248

5.7.5　流水线的性能分析 252

5.8　提高单机系统指令级并行性（ILP）的措施 255

5.8.1　超标量处理机和VLIW体系结构 255

5.8.2　超流水处理机 257

5.8.3　超标量超流水处理机 258

5.8.4 EPIC技术 259

5.9　现代微处理器举例 260

5.9.1 Pentium 4处理器 260

5.9.2 UltraSPARC Ⅲ Cu处理器 266

本章小结 271

习题5 272

第6章　总线结构 276

6.1　总线的基本概念 276

6.1.1　总线的特性 276

6.1.2　总线的标准化 277

6.1.3　总线的分类 277

6.1.4　总线的性能 278

6.1.5　单机系统的总线结构 279

6.2　总线仲裁和总线通信 281

6.2.1 总线仲裁 281

6.2.2　总线通信 285

6.3　总线举例 290

6.3.1 ISA总线 290

6.3.2 PCI总线 293

6.3.3 PCI Express总线 302

6.3.4　通用串行总线USB 308

本章小结 311

习题6 312

第7章　输入／输出设备 313

7.1　输入设备 313

7.1.1　键盘 313

7.1.2 鼠标 314

7.2　输出设备 315

7.2.1　显示器 315

7.2.2　打印机 317

7.3　辅助存储器 320

7.3.1 辅助存储器的种类与技术指标 321

7.3.2　磁盘 322

7.3.3 Flash存储器 326

7.3.4 RAID盘 327

7.3.5　光盘存储器 328

本章小结 330

习题7 331

第8章　输入／输出系统 332

8.1　输入／输出系统概述 332

8.1.1 I/O接口的概念及功能 332

8.1.2　输入／输出设备的编址 333

8.1.3 I/O设备的数据传送控制方式 334

8.2　程序中断方式 337

8.2.1 中断的基本概念 337

8.2.2　中断处理 339

8.2.3　多重中断 341

8.3 DMA方式 344

8.3.1 DMA的基本概念 344

8.3.2 DMA的三种工作方式 344

8.3.3 DMA控制器的组成和工作原理 346

8.4　通道方式 348

8.4.1　通道的基本概念 348

8.4.2　通道的种类 350

本章小结 351

习题8 352

附录A　各章部分习题参考答案 353

习题1参考答案 353

习题2参考答案 353

习题3参考答案 358

习题4参考答案 360

习题5参考答案 362

习题6参考答案 366

习题7参考答案 367

习题8参考答案 367

附录B　研究生入学考试“计算机组成原理”课程全国统考大纲 369

附录C　国内外常用二进制逻辑元件图形符号对照表 372

参考文献 373

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