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第一部分 应用层（第7层）2

第1章 计算机系统2

1.1抽象层次2

1.1.1艺术中的抽象3

1.1.2文档中的抽象4

1.1.3机构中的抽象5

1.1.4机器中的抽象6

1.1.5计算机系统中的抽象6

1.2硬件7

1.2.1中央处理单元8

1.2.2主存储器9

1.2.3磁盘10

1.3软件11

1.3.1操作系统12

1.3.2软件分析与设计13

1.4数字信息14

1.4.1空间量化14

1.4.2时间量化16

1.4.3快速响应码18

1.4.4图像21

1.5数据库系统27

1.5.1关系27

1.5.2查询28

1.5.3语言结构30

本章小结31

练习32

第二部分 高级语言层（第6层）36

第2章 C36

2.1变量36

2.1.1 C编译器36

2.1.2机器无关性37

2.1.3 C的内存模型37

2.1.4全局变量和赋值语句38

2.1.5局部变量40

2.2控制流42

2.2.1 if/else语句42

2.2.2 switch语句43

2.2.3 while循环44

2.2.4 do循环44

2.2.5数组和for循环45

2.3函数46

2.3.1空函数和传值调用的参数46

2.3.2函数的例子48

2.3.3传引用调用的参数48

2.4递归51

2.4.1阶乘函数52

2.4.2递归的思考方式55

2.4.3递归加法55

2.4.4二项式系数函数57

2.4.5逆转数组元素顺序61

2.4.6汉诺塔61

2.4.7相互递归63

2.4.8递归的成本64

2.5动态内存分配65

2.5.1指针65

2.5.2结构67

2.5.3链式数据结构68

本章小结69

练习70

编程题71

第三部分 指令集架构层（第3层）76

第3章 信息的表示76

3.1无符号二进制表示76

3.1.1二进制存储76

3.1.2整数77

3.1.3基数转换78

3.1.4无符号整数的范围80

3.1.5无符号加法80

3.1.6进位位81

3.2二进制补码表示81

3.2.1补码的表数范围83

3.2.2基数转换84

3.2.3数轴85

3.2.4溢出位86

3.2.5负数和零位87

3.3二进制运算88

3.3.1逻辑运算符88

3.3.2寄存器传送语言89

3.3.3算术运算符90

3.3.4循环移位运算符91

3.4十六进制与字符表示92

3.4.1十六进制92

3.4.2基数转换92

3.4.3 ASCII字符94

3.4.4 Unicode字符97

3.5浮点数表示100

3.5.1二进制小数100

3.5.2余码表示102

3.5.3隐藏位103

3.5.4特殊值104

3.5.5 IEEE 754浮点数标准108

3.6模型109

本章小结111

练习111

编程题117

第4章 计算机体系结构120

4.1硬件120

4.1.1中央处理单元120

4.1.2主存储器121

4.1.3输入/输出设备122

4.1.4数据和控制123

4.1.5指令格式123

4.2直接寻址126

4.2.1停止指令126

4.2.2字装入指令126

4.2.3字存储指令127

4.2.4加法指令128

4.2.5减法指令128

4.2.6与和或指令129

4.2.7按位取反和取负指令130

4.2.8字节装入和字节存储指令131

4.2.9输入和输出设备132

4.2.10大端顺序和小端顺序133

4.3冯·诺依曼机器134

4.3.1冯·诺依曼执行周期134

4.3.2一个字符输出程序135

4.3.3冯·诺依曼漏洞138

4.3.4一个字符输入程序139

4.3.5十进制转换为ASCII139

4.3.6一个自我修改程序140

4.4 ISA3层的编程142

4.4.1只读存储器143

4.4.2 Pep/9操作系统144

4.4.3使用Pep/9系统145

本章小结146

练习146

编程题148

第四部分 汇编层（第5层）150

第5章 汇编语言150

5.1汇编程序150

5.1.1指令助记符150

5.1.2伪操作152

5.1.3 .ASCII和.END伪操作153

5.1.4汇编器154

5.1.5 .BLOCK伪操作155

5.1.6 .WORD和.BYTE伪操作155

5.1.7使用Pep/9汇编器156

5.1.8交叉汇编器157

5.2立即数寻址和陷阱指令158

5.2.1立即数寻址158

5.2.2 DECI、 DECO和BR指令159

5.2.3 STRO指令161

5.2.4解释位模式：HEXO指令162

5.2.5反汇编器163

5.3符号165

5.3.1带符号的程序165

5.3.2一个冯☆诺依曼示例166

5.4从HOL6层翻译168

5.4.1 Printf（）函数169

5.4.2变量和类型170

5.4.3全局变量和赋值语句171

5.4.4类型兼容174

5.4.5 Pep/9符号跟踪器175

5.4.6算术移位和循环移位指令175

5.4.7常量和.EQUATE176

5.4.8指令与数据的放置178

本章小结179

练习180

编程题182

第6章 编译到汇编层185

6.1栈寻址和局部变量185

6.1.1栈相对寻址185

6.1.2访问运行时栈186

6.1.3局部变量188

6.2分支指令和控制流190

6.2.1翻译if语句191

6.2.2优化编译器192

6.2.3翻译if/else语句192

6.2.4翻译while循环194

6.2.5翻译do循环195

6.2.6翻译for循环197

6.2.7面条代码198

6.2.8早期语言的控制流199

6.2.9结构化编程定律200

6.2.10 goto争论200

6.3函数调用和参数201

6.3.1翻译函数调用201

6.3.2用全局变量翻译传值调用参数204

6.3.3用局部变量翻译传值调用参数207

6.3.4翻译非空函数调用209

6.3.5用全局变量翻译传引用调用参数211

6.3.6用局部变量翻译传引用调用参数215

6.3.7翻译布尔类型218

6.4变址寻址和数组220

6.4.1翻译全局数组221

6.4.2翻译局部数组224

6.4.3翻译作为参数传递的数组226

6.4.4翻译switch语句230

6.5动态内存分配235

6.5.1翻译全局指针235

6.5.2翻译局部指针240

6.5.3翻译结构243

6.5.4翻译链式数据结构246

本章小结250

练习251

编程题251

第7章 语言翻译原理259

7.1语言、语法和语法分析259

7.1.1连接260

7.1.2语言260

7.1.3语法261

7.1.4 C标识符的语法262

7.1.5有符号整数的语法263

7.1.6上下文相关的语法264

7.1.7语法分析问题264

7.1.8表达式的语法265

7.1.9 C语法的一部分266

7.1.10 C的上下文相关性269

7.2有限状态机270

7.2.1用有限状态机分析标识符270

7.2.2简化的有限状态机271

7.2.3非确定性有限状态机271

7.2.4具有空转换的状态机272

7.2.5多语言符号识别器274

7.2.6语法与有限状态机276

7.3实现有限状态机277

7.3.1编译过程278

7.3.2查找表分析器278

7.3.3直接编码分析器280

7.3.4输入缓冲区类282

7.3.5多语言符号分析器283

7.4代码生成288

7.4.1语言翻译器288

7.4.2语法分析器特性302

本章小结303

练习303

编程题306

第五部分 操作系统（第4层）312

第8章 进程管理312

8.1装载器312

8.1.1 Pep/9操作系统312

8.1.2 Pep/9装载器314

8.1.3程序的终止315

8.2陷阱315

8.2.1陷阱机制316

8.2.2 RETTR指令317

8.2.3陷阱处理程序317

8.2.4陷阱寻址方式断言319

8.2.5陷阱操作数地址计算320

8.2.6空操作陷阱处理程序323

8.2.7 DECI陷阱处理程序324

8.2.8 DECO陷阱处理程序329

8.2.9 HEXO和STRO陷阱处理程序和操作系统向量332

8.3并发进程334

8.3.1异步中断334

8.3.2操作系统中的进程335

8.3.3多处理336

8.3.4并发处理程序337

8.3.5临界区338

8.3.6第一次尝试实现互斥339

8.3.7第二次尝试实现互斥339

8.3.8 Peterson互斥算法340

8.3.9信号量342

8.3.10带信号量的临界区343

8.4死锁343

8.4.1资源分配图344

8.4.2死锁策略345

本章小结346

练习346

编程题351

第9章 存储管理353

9.1内存分配353

9.1.1单道程序设计353

9.1.2固定分区多道程序设计354

9.1.3逻辑地址355

9.1.4可变分区多道程序设计356

9.1.5分页359

9.2虚拟内存361

9.2.1大程序的行为361

9.2.2虚拟内存361

9.2.3按需分页362

9.2.4替换页363

9.2.5页替换算法363

9.3文件管理365

9.3.1磁盘驱动器365

9.3.2文件抽象366

9.3.3分配技术367

9.4错误检测与纠错码369

9.4.1错误检测码369

9.4.2编码要求370

9.4.3纠正一位错误编码372

9.5 RAID存储系统373

9.5.1 RAID 0级：无冗余条带化374

9.5.2 RAID 1级：镜像374

9.5.3 RAID 01和10级：条带化和镜像375

9.5.4 RAID 2级：内存风格的ECC376

9.5.5 RAID 3级：位交叉奇偶校验377

9.5.6 RAID 4级：块交叉奇偶校验377

9.5.7 RAID 5级：块交叉分布奇偶校验378

本章小结379

练习379

第六部分 逻辑门（第1层）384

第10章 组合电路384

10.1布尔代数和逻辑门384

10.1.1组合电路385

10.1.2真值表385

10.1.3布尔代数386

10.1.4布尔代数定理387

10.1.5互补证明388

10.1.6逻辑图389

10.1.7其他表示方式391

10.2组合分析392

10.2.1布尔表达式和逻辑图392

10.2.2真值表和布尔表达式393

10.2.3两级电路395

10.2.4无处不在的NAND397

10.3组合设计398

10.3.1范式398

10.3.2三变量卡诺图399

10.3.3四变量卡诺图403

10.3.4对偶卡诺图406

10.3.5无关条件406

10.4组合设备407

10.4.1视角407

10.4.2复用器408

10.4.3二进制译码器409

10.4.4多路分配器410

10.4.5加法器410

10.4.6加法器/减法器412

10.4.7算术逻辑单元413

10.4.8 LG1层的抽象419

本章小结420

练习420

第11章 时序电路426

11.1锁存器与时钟触发器426

11.1.1 SR锁存器426

11.1.2钟控SR触发器428

11.1.3主从SR触发器429

11.1.4基本触发器433

11.1.5 JK触发器434

11.1.6 D触发器435

11.1.7 T触发器436

11.1.8激励表437

11.2时序分析与设计437

11.2.1时序分析问题438

11.2.2预设置与清除441

11.2.3时序设计441

11.2.4一个时序设计问题441

11.3计算机子系统444

11.3.1寄存器444

11.3.2总线445

11.3.3内存子系统446

11.3.4地址译码449

11.3.5双端口寄存器组453

本章小结455

练习455

第七部分 微代码（第2层）460

第12章 计算机组成460

12.1构建一个ISA3层机器460

12.1.1 CPU数据区460

12.1.2冯·诺依曼周期463

12.1.3存储字节直接寻址指令467

12.1.4总线协议468

12.1.5存储字直接寻址指令468

12.1.6加法立即数寻址指令469

12.1.7装入字间接寻址指令470

12.1.8算术右移指令473

12.1.9 CPU控制区474

12.2性能476

12.2.1数据总线宽度和内存对齐476

12.2.2内存对齐480

12.2.3 n位计算机的定义483

12.2.4高速缓存484

12.2.5系统性能公式490

12.2.6 RISC与CISC491

12.3 MIPS机器494

12.3.1寄存器组494

12.3.2寻址方式495

12.3.3指令集498

12.3.4 MIPS的计算机组成501

12.3.5流水线505

12.4结论512

12.4.1模型简化512

12.4.2全局架构513

本章小结514

练习514

编程题517

附录Pep/9体系结构519

部分练习参考答案529

索引543