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目录 1

第1章　绪论 1

1.1　计算机的发展与应用 1

1.1.1　计算机发展概况 1

1.1.2　计算机的应用 3

1.2　计算机的组成——硬件和软件 4

1.2.1　计算机硬件的组成 4

1.2.2　计算机软件的组成 5

1.3　计算机系统的层次结构 7

1.4　计算机的工作过程 8

1.5.2　运算速度 10

1.5.1　机器字长 10

1.5　计算机系统的主要技术指标 10

1.5.3　机器容量 11

习题与思考题 12

第2章　数码系统 13

2.1　计算机中数据的表示方法 13

2.1.1　符号数据的表示方法 13

2.1.2　数值数据的表示方法 14

2.2 机器数的编码格式 18

2.2.1　原码表示法 18

2.2.2　补码表示法 19

2.2.3　反码表示法 23

2.2.4　浮点数的原码、反码和补码表示法 23

2.2.5　移码表示法 24

2.2.6　实用浮点数格式 25

2.2.7　十进制数的编码格式 26

2.3　错误检测码 28

2.3.1　奇偶校验码 28

2.3.2　海明码 29

2.3.3　循环校验码 33

习题与思考题 36

第3章　运算方法与运算器 38

3.1　定点加、减法运算及其实现 38

3.1.1　补码加、减法运算方法 38

3.1.2　定点加、减法运算中的溢出问题 41

3.1.3　补码加、减法运算的实现 43

3.2　定点乘法运算及其实现 45

3.2.1　原码一位乘法 45

3.2.2　补码一位乘法 48

3.3　定点除法运算及其实现 54

3.3.1　原码除法运算 54

3.3.2　补码除法运算 60

3.4　浮点数的算术运算方法 64

3.4.1　浮点数的加、减法运算 64

3.4.2　浮点数的乘、除法运算 68

3.5　逻辑运算及其实现 70

3.6 运算器的分析与组成 73

3.6.1　并行进位方式的实现 73

3.6.2　两级分组“并-并”行进位方式的实现 77

3.6.3　多功能算术逻辑运算单元（SN 74181） 81

3.6.4　组间并行进位逻辑（SN 74182） 84

3.6.5　定点运算器的基本结构 86

习题与思考题 90

第4章　存储系统 93

4.1　概述 93

4.1.1 主存储器的主要技术指标 93

4.1.2　存储器的层次结构 94

4.1.3　存储器的分类 95

4.2　半导体随机读写存储器（RAM） 96

4.2.1　MOS存储器的存储元电路 96

4.2.2　双极型存储器的存储元电路 100

4.2.3　半导体读写存储器的基本结构 102

4.2.4　静态MOS随机存储器芯片举例 104

4.2.5　动态MOS随机存储器芯片举例 106

4.2.6　动态存储器的刷新 108

4.2.7　内存条 110

4.3　半导体只读存储器 111

4.3.1　掩模式只读存储器 111

4.3.2　可编程只读存储器 112

4.3.3　可擦除可编程只读存储器 113

4.3.4　电可擦可编程只读存储器 115

4.4　主存储器的组成与控制 118

4.4.1　主存储器容量的扩充 118

4.4.2　访存地址的译码方式 123

4.4.3　主存储器的编址方式 128

4.4.4　主存储器综合举例 129

4.5　提高主存储器性能的措施 133

4.5.1　并行主存系统 133

4.5.2　高速缓冲存储器（cache） 136

4.5.3　虚拟存储系统 140

习题与思考题 146

第5章　指令系统 148

5.1　指令格式 148

5.1.1　操作码 148

5.1.2　地址码 148

5.2 指令格式的优化 149

5.2.1　哈夫曼压缩概念 150

5.2.2　指令操作码的压缩 151

5.2.3　扩展操作码法 154

5.3　寻址方式 155

5.3.1　直接寻址方式 156

5.3.2　寄存器寻址方式 157

5.3.3　间接寻址方式 157

5.3.4　基址寻址方式 159

5.3.5　变址寻址方式 160

5.3.6　块寻址方式（串寻址方式） 161

5.3.7　隐含寻址方式 161

5.3.8　立即寻址方式 161

5.3.9　相对寻址方式 162

5.4.1　硬堆栈 163

5.4　堆栈结构及其寻址 163

5.4.2　软堆栈 164

5.5　指令系统举例 165

5.5.1　指令的分类 165

5.5.2　指令系统举例 167

5.6　指令系统的发展 169

习题与思考题 169

第6章　中央处理器 171

6.1　控制方式 171

6.1.1　同步控制方式 171

6.1.2　异步控制方式 171

6.1.3　混合控制方式 171

6.2.2　指令操作流程图 172

6.2　指令的执行过程 172

6.2.1　指令周期 172

6.3　控制器的功能 174

6.3.1　指令控制功能 174

6.3.2　时序控制功能 175

6.3.3　操作控制功能 175

6.4　控制器的组成 175

6.4.1　程序计数器PC（Programming Counter） 175

6.4.2　指令寄存器IR（Instruction Register） 175

6.4.3　指令译码器ID（Instruction Decoder） 175

6.4.4　时序部件 175

6.4.7　操作控制台 176

6.4.5　微操作控制部件 176

6.4.6 中断系统 176

6.5　时序部件 177

6.5.1　脉冲源 178

6.5.2　节拍信号发生器 178

6.5.3　启停逻辑 180

6.6 微操作控制部件 181

6.6.1　组合逻辑控制器 181

6.6.2　微程序控制器 184

6.6.3　PLA控制器 193

6.7　中断系统 195

6.7.2　中断的分类 197

6.7.1　中断系统的功能 197

6.7.3 中断的分级 198

6.7.4　中断排队的实现 199

6.7.5 中断向量的引入 201

6.7.6　一次中断处理的全过程 203

6.7.7 中断系统举例 204

6.8　CPU中的流水结构 205

6.8.1 基本概念 206

6.8.2　流水结构的分类 207

6.9 CPU结构举例 210

6.9.1 8086 CPU 210

6.9.2 80386/80486 CPU 211

6.9.3 Pentium微处理器 212

习题与思考题 214

第7章　输入输出设备 216

7.1　键盘输入设备 216

7.1.1　编码键盘 216

7.1.2　非编码键盘 218

7.1.3　IBM PC机中的键盘 220

7.2　显示输出设备 221

7.2.1　CRT显示器 221

7.2.2　字符显示器工作原理 223

7.2.3　图形显示器工作原理 225

7.2.4　IBM-PC序列微型机中的显示系统 227

7.3　打印输出设备 228

7.3.1　打印机的分类 228

7.3.2　点阵式打印机 229

7.3.3　行式打印机 230

7.3.4　激光打印机 231

7.4　汉字处理设备 234

7.4.1　汉字的编码与输入 234

7.4.2　汉字的存储 236

7.4.3　汉字的输出 237

7.4.4　汉字信息处理系统 239

7.5　磁表面存储器 239

7.5.1　磁表面存储器读写信息的原理 239

7.5.2　记录方式 240

7.5.3　磁盘存储器 242

7.5.4　磁带存储器 245

7.6.2　光盘存储器的记录方式 247

7.6　光盘存储器 247

7.6.1　光盘存储器的分类 247

7.6.3　光盘存储器的组成及其工作原理 248

习题与思考题 250

第8章　输入输出系统 251

8.1　输入输出设备的编址方式 251

8.1.1　统一编址方式 251

8.1.2　独立编址方式 252

8.2　总线结构 253

8.2.1　概述 253

8.2.2　总线的控制方式 253

8.2.3　总线通信方式 255

8.2.4　总线上信息的传送方式 257

8.2.5　总线接口 258

8.3　输入输出控制方式 266

8.3.1　程序查询方式 266

8.3.2　程序中断方式 267

8.3.3　直接存储器访问方式（DMA） 267

8.3.4　通道方式和IOP方式 272

习题与思考题 278

附录一　计算机组成原理实验指导书 279

第一部分　JYS-Ⅲ型实验箱简介 279

第二部分　实验内容 287

附录二　集成电路引脚图 307

参考文献 310

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