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1 计算机系统概述 1

1.1 计算机系统的硬件与软件 1

1.1.1 计算机硬件和软件的概念 1

1.1.2 计算机的硬件 2

1.1.3 计算机程序、指令和语言 5

1.2 计算机系统的层次结构 7

1.3 计算机的分类及应用 8

1.3.1 计算机的分类 8

1.3.2 计算机的应用 8

1.4 计算机的特点和性能指标 11

1.4.1 计算机的特点 11

1.4.2 计算机的性能指标 13

1.5 电子计算机的发展 14

1.5.1 电子计算机的发展历史 14

1.5.2 微型计算机的发展 16

1.5.3 计算机的发展趋势 18

1.5.4 我国计算机产业的发展 19

习题一 22

2 信息编码及在计算机中的表示 25

2.1 信息的数字化编码 25

2.2 进位计数制及其相互转换 25

2.2.1 常用的进位计数制 26

2.2.2 常用进位计数制间的相互转换 27

2.3 非数值数据的表示 30

2.3.1 字符数据的表示 30

2.3.2 汉字编码 32

2.4 数值数据的表示和运算 37

2.4.1 机器数 37

2.4.2 定点数的原码、反码、补码和移码表示 41

2.4.3 定点数和浮点数 44

2.4.4 十进制数的编码 47

2.5.2 奇偶校验码 52

2.5 数据校验码 52

2.5.1 码制的距离 52

2.5.3 汉明码 53

2.5.4 循环冗余检验 55

习题二 57

3 运算方法和运算器 61

3.1 组成计算机硬件电路的基本部件 61

3.1.1 逻辑部件的概念 61

3.1.2 基本逻辑运算 61

3.1.3 逻辑代数基本运算 63

3.1.4 逻辑门的实现 65

3.1.5 组合逻辑电路 66

3.1.6 时序逻辑电路 70

3.2 机器数的加减运算及其实现 76

3.2.1 原码加法 76

3.2.2 补码加法 77

3.2.3 减法运算 80

3.3 定点乘法及其实现 82

3.3.1 原码一位乘法 82

3.3.2 定点补码一位乘法 84

3.3.3 原码两位乘法 88

3.3.4 补码两位乘法 89

3.4 定点除法及其实现 90

3.4.1 定点原码除法 90

3.4.2 定点补码除法 93

3.5 浮点数的算术运算 95

3.5.1 浮点数的补码加法运算 95

3.5.2 浮点数的乘法运算 96

3.5.3 浮点数的除法运算 96

3.6 运算器的组成和结构 96

3.6.1 算术逻辑部件 97

3.6.2 通用寄存器组 99

3.6.3 状态寄存器 100

3.6.4 数据通路 100

3.6.5 运算器的基本结构 103

3.6.6 运算器组成实例 104

3.7 浮点运算器 106

3.7.1 80387的主要性能 106

3.7.2 80387的内部结构 107

3.7.3 80387的硬件特性 109

3.7.4 协处理器的工作方式 110

习题三 111

4 计算机的指令系统 113

4.1 机器指令的格式 113

4.1.1 指令的含义 113

4.1.2 指令格式 113

4.1.3 指令格式举例 115

4.1.4 指令操作码的编码格式 116

4.1.5 指令字长度与机器字长的关系 117

4.1.6 指令助记符 118

4.2 寻址方式 119

4.2.1 寻址方式和有效地址的概念 119

4.2.2 基本寻址方式 119

4.2.3 寻址方式举例 123

4.3 指令的种类 124

4.3.1 数据传送类指令 124

4.3.2 算术逻辑运算类指令 126

4.3.3 字符串处理指令 126

4.3.4 输入输出(I/O)指令 127

4.3.5 特权指令和陷阱指令 128

4.3.6 转移指令 128

4.3.7 子程序调用指令 130

4.4.2 重叠执行方式 131

4.4.1 指令的顺序执行方式 131

4.4 指令的执行方式 131

4.3.8 处理器控制指令 131

4.4.3 流水线方式 132

4.4.4 指令的执行过程 133

4.5 指令系统举例 136

4.5.1 PDP-11的指令系统 136

4.5.2 Intel 8086/8088指令系统 139

4.5.3 Intel 32位微处理器的指令系统 143

4.6 指令系统 146

4.6.1 RISC的由来与发展 146

4.6.2 RISC的特点 147

4.6.3 RISC指令系统举例 147

习题四 149

5.1.2 存储器分类 153

5.1.1 存储器的作用 153

5.1 存储器与存储系统概述 153

5 计算机的存储系统 153

5.1.3 存储器的层次结构 156

5.2 主存储器 157

5.2.1 主存储器的性能技术指标 157

5.2.2 随机存储器 158

5.2.3 只读存储器 173

5.3 并行主存储器 176

5.4 高速缓存 180

5.4.1 高速缓存的工作原理 180

5.4.2 高速缓存的地址映像与替换 182

5.5 虚拟存储器 186

5.5.1 虚拟存储器的基本概念 186

5.5.2 页式虚拟存储器 187

5.5.3 段式虚拟存储器 191

5.5.4 段页式虚拟存储器 192

5.6.1 存储区域保护 193

5.6 存储保护 193

5.6.2 访问方式保护 195

习题五 196

6 中央处理器 198

6.1 CPU的功能及组成 198

6.1.1 CPU的功能 198

6.1.2 CPU的组成 198

6.1.3 CPU中的主要寄存器 200

6.1.4 操作控制器和时序产生器 201

6.2 指令周期 202

6.2.1 指令周期的基本概念 202

6.2.2 非访内指令的指令周期 204

6.2.3 直接访内指令的指令周期 205

6.2.4 间接访内指令的指令周期 208

6.2.5 程序控制指令的指令周期 210

6.3.1 组合逻辑控制器原理 211

6.3 组合逻辑控制器 211

6.3.2 组合逻辑控制器举例 212

6.4 微程序控制器 215

6.4.1 微程序控制器的基本原理 215

6.4.2 微指令结构 217

6.4.3 串/并行微程序控制 223

6.4.4 动态微程序设计 223

6.4.5 毫微程序设计 224

6.4.6 例题 225

6.5 门阵列控制器 230

6.5.1 通用可编程逻辑器件 230

6.5.2 门阵列控制器 232

6.6 流水线处理器 234

6.6.1 流水线原理 234

6.6.2 流水线分类 236

6.6.3 流水线中的相关问题 237

6.7 RISC硬件结构 239

6.7.1 RISC特点 239

6.7.2 RISC CPU 240

6.7.3 RISC寄存器 242

6.8 CPU的发展 244

6.8.1 CPU采用的新技术 244

6.8.2 CPU的新发展 245

习题六 249

7 系统总线 252

7.1 总线概述 252

7.1.1 总线原理 252

7.1.2 总线结构类型 253

7.1.3 总线的分类 255

7.2 总线的组成 257

7.2.1 总线驱动和三态门 257

7.2.2 总线控制 258

7.2.3 总线通信 260

7.2.4 出错处理 262

7.2.5 总线缓冲器和总线控制器的典型芯片 262

7.3 微机总线 264

7.3.1 工业标准总线 264

7.3.2 微通道总线 265

7.3.3 扩充的工业标准总线 266

7.3.4 局部总线 266

7.3.5 AGP总线 267

7.3.6 通用串行总线 267

习题七 269

8 外围设备 272

8.1 外围设备概述 272

8.1.1 什么是外围设备 272

8.1.2 外围设备的分类和功能 272

8.1.3 外围设备与主机系统的联系 274

8.1.4 外围设备的发展方向 276

8.2.1 键盘 277

8.2 输入设备 277

8.2.2 图形输入设备 279

8.2.3 其他输入设备 280

8.3 显示设备 282

8.3.1 显示设备分类及显示技术的有关术语 282

8.3.2 字符显示器 284

8.3.3 图形显示器 287

8.3.4 图像显示器 289

8.4 打印机 289

8.4.1 打印机的分类 289

8.4.2 点阵针式打印机 290

8.4.3 激光打印机 293

8.5 磁存储器 295

8.5.1 磁存储器的基本原理 295

8.4.4 喷墨打印机 295

8.5.2 软磁盘存储器 300

8.5.3 硬磁盘存储器 302

8.5.4 磁带存储器 305

8.6 光盘存储器 307

8.6.1 光盘存储器概述 307

8.6.2 CD-R/RW驱动器(刻录机) 309

8.6.3 DVD 310

8.7 新型存储器 311

8.7.1 大容量软盘存储器 311

8.7.2 磁光存储器和PD光盘 312

8.7.3 移动存储设备 313

习题八 316

9 输入输出系统 319

9.1 I/O系统概述 319

9.1.1 I/O系统的功能与组成 319

9.1.2 输入输出设备的寻址方式 320

9.1.3 输入输出数据传送控制方式 321

9.2 程序查询方式 322

9.2.1 程序查询方式的接口 322

9.2.2 程序查询方式 322

9.3 中断方式 324

9.3.1 中断的基本概念 324

9.3.2 中断方式的接口 325

9.3.3 中断的响应和处理 326

9.3.4 多级中断 327

9.4 DMA方式 329

9.4.1 DMA方式的基本概念 329

9.4.2 DMA传送方式 330

9.4.3 基本的DMA控制器 331

9.4.4 DMA工作过程 332

9.5.1 通道的作用和功能 333

9.5 通道方式 333

9.5.2 通道的种类 334

9.5.3 通道的工作过程 334

习题九 336

10 计算机系统 339

10.1 计算机系统的分类 339

10.2 阵列处理机 340

10.2.1 阵列处理机的结构 341

10.2.2 ILLIAC-Ⅳ阵列处理机 342

10.2.3 互连网络 343

10.3 多处理机 344

10.3.1 多处理机与阵列处理机的区别 344

10.3.2 多处理机类型 344

10.3.3 多处理机互连结构 346

习题十 348

附录A 英文缩写 350

参考文献 353

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