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第1章 计算机系统概述1

1.1 计算机的发展历程1

1.2 计算机硬件的基本组成2

1.2.1 存储器2

1.2.2 运算器3

1.2.3 控制器4

1.2.4 输入输出设备4

1.2.5 总线4

1.3 程序设计语言和计算机的层次结构6

1.4 计算机的主要性能指标7

1.4.1 机器字长7

1.4.2 运行速度7

习题8

第2章 信息表示10

2.1 进位记数制及其相互转换10

2.1.1 进位记数制10

2.1.2 数制转换11

2.2 数值数据的表示12

2.2.1 定点数的表示12

2.2.2 浮点数的表示16

2.2.3 C语言中定点数和浮点数的表示20

2.2.4 十进制数的二进制编码22

2.3 非数值数据的表示24

2.3.1 逻辑类型数据表示24

2.3.2 字符编码24

2.3.3 汉字编码25

2.4 可靠性编码27

2.4.1 格雷码27

2.4.2 奇偶校验码27

2.4.3 汉明校验码28

2.4.4 循环冗余校验码29

习题30

第3章 逻辑电路基础32

3.1 逻辑代数基础32

3.1.1 逻辑常量、逻辑变量32

3.1.2 逻辑代数的基本运算32

3.1.3 基本逻辑公式、定理和规则33

3.1.4 逻辑函数34

3.1.5 逻辑函数化简37

3.2 逻辑电路39

3.2.1 逻辑门电路39

3.2.2 门电路的实现40

3.2.3 集成电路43

3.2.4 可编程逻辑电路43

3.2.5 逻辑电路的设计模式46

3.3 计算机中常用的组合逻辑电路46

3.3.1 加法器46

3.3.2 译码器50

3.3.3 多路选择器52

3.3.4 三态门52

3.4 计算机中常用的时序逻辑电路53

3.4.1 基本R-S触发器和D触发器53

3.4.2 锁存器54

3.4.3 数据寄存器54

3.4.4 移位寄存器55

3.4.5 计数器56

习题57

第4章 运算方法与运算器58

4.1 定点数加减法运算58

4.1.1 原码加减运算方法58

4.1.2 补码加减运算方法58

4.1.3 补码加减运算的逻辑实现60

4.1.4 移码加减运算61

4.2 定点数移位运算62

4.2.1 逻辑移位63

4.2.2 算术移位63

4.2.3 循环移位64

4.3 定点乘法运算64

4.3.1 原码乘法运算65

4.3.2 补码乘法运算68

4.3.3 阵列乘法器72

4.4 定点除法运算73

4.4.1 原码除法运算74

4.4.2 补码除法运算78

4.4.3 阵列除法器80

4.5 浮点数的四则运算81

4.5.1 浮点加减运算82

4.5.2 浮点乘除运算84

4.6 运算器的组织85

4.6.1 定点运算器的组成与结构86

4.6.2 定点运算器实例88

4.6.3 浮点运算器的组成与结构91

习题92

第5章 存储器94

5.1 存储器概述94

5.1.1 存储器的分类94

5.1.2 存储器的性能指标95

5.2 半导体随机存取存储器96

5.2.1 静态随机存取存储位元96

5.2.2 动态随机存取存储位元97

5.2.3 半导体随机存取存储芯片100

5.2.4 DRAM的发展106

5.3 非易失性半导体存储器110

5.3.1 掩膜型只读存储器110

5.3.2 一次可编程只读存储器110

5.3.3 可擦除可编程只读存储器111

5.3.4 电可擦除可编程只读存储器112

5.3.5 Flash存储器113

5.3.6 铁电存储器115

5.3.7 磁性随机存储器116

5.3.8 相变存储器117

5.4 主存储器的组织118

5.4.1 CPU与主存储器的连接118

5.4.2 主存储器容量的扩充118

5.4.3 主存储器的编址方式122

5.4.4 哈佛结构123

5.5 辅助存储器124

5.5.1 磁记录原理及记录方式124

5.5.2 磁盘存储器127

5.5.3 磁带存储器133

5.5.4 光盘存储器134

习题138

第6章 指令系统及汇编语言程序设计140

6.1 指令系统的基本概念140

6.1.1 指令和指令系统140

6.1.2 指令的格式141

6.1.3 指令的类型146

6.2 寻址方式149

6.3 RISC技术154

6.3.1 RISC的产生及发展154

6.3.2 RISC的主要特征155

6.3.3 RISC与CISC的比较156

6.4 指令系统举例158

6.4.1 Intel 8086指令系统158

6.4.2 RISC Ⅱ指令系统159

6.4.3 PowerPC指令系统160

6.5 汇编语言程序设计162

6.5.1 基本概念162

6.5.2 JUC-Ⅱ模型机的功能结构163

6.5.3 JUC-Ⅱ模型机的指令系统164

6.5.4 JUC-Ⅱ模型机的汇编语言167

6.5.5 顺序结构程序设计170

6.5.6 分支程序设计171

6.5.7 循环程序设计176

6.5.8 堆栈及子程序178

6.5.9 汇编语言程序设计举例181

习题183

第7章 控制器和中央处理器186

7.1 控制器概述186

7.1.1 控制器基本组成186

7.1.2 控制器的工作过程187

7.1.3 控制器的实现方式188

7.2 CPU数据通路188

7.2.1 Intel 8080的数据通路188

7.2.2 VAX-11/780的数据通路190

7.2.3 模型机CPU的数据通路192

7.3 指令执行流程196

7.3.1 取指令阶段196

7.3.2 取操作数阶段196

7.3.3 执行阶段196

7.3.4 指令执行的微操作序列举例198

7.4 硬布线控制器202

7.4.1 同步控制和异步控制202

7.4.2 多级时序系统203

7.4.3 硬布线控制器的设计206

7.5 微程序控制器209

7.5.1 微程序控制基本原理209

7.5.2 微指令编码方式212

7.5.3 后继微指令地址的形成214

7.5.4 微程序控制的时序216

7.6 微程序控制器设计实例217

7.6.1 微指令编码设计217

7.6.2 微地址形成218

7.6.3 取指令的微程序设计221

7.6.4 取操作数的微程序设计221

7.6.5 执行阶段的微程序设计举例222

7.7 流水线技术225

7.7.1 流水线的基本原理225

7.7.2 流水线的性能指标226

7.7.3 流水线的分类228

7.7.4 指令流水线的相关与冲突229

7.7.5 流水线的指令调度231

7.7.6 超标量与超流水线232

习题233

第8章 存储体系238

8.1 并行存储器238

8.1.1 双端口存储器238

8.1.2 多模块交叉存储器239

8.1.3 相联存储器240

8.2 高速缓冲存储器241

8.2.1 cache的基本原理242

8.2.2 地址映像242

8.2.3 替换算法245

8.2.4 cache的读写策略248

8.2.5 cache的多层次结构249

8.3 虚拟存储器250

8.3.1 虚拟存储器的基本概念251

8.3.2 页式虚拟存储器251

8.3.3 段式虚拟存储器253

8.3.4 段页式虚拟存储器254

8.3.5 快速地址变换254

8.4 存储体系的层次结构255

习题256

第9章 输入输出系统259

9.1 输入输出系统概述259

9.1.1 输入输出系统的组成259

9.1.2 输入输出设备259

9.1.3 输入输出接口260

9.1.4 输入输出接口与主机的信息传送控制方式263

9.2 程序查询方式265

9.2.1 程序查询传送工作流程265

9.2.2 查询输入接口266

9.2.3 查询输出接口267

9.3 程序中断方式268

9.3.1 中断概述268

9.3.2 中断请求的表示与控制270

9.3.3 中断响应272

9.3.4 中断服务和中断返回277

9.3.5 中断嵌套278

9.3.6 中断优先级的动态分配280

9.4 直接存储器存取方式281

9.4.1 DMA概述282

9.4.2 DMA控制器282

9.4.3 DMA传送方式284

9.4.4 DMA传送过程285

9.5 总线287

9.5.1 总线的特性和性能指标287

9.5.2 总线仲裁289

9.5.3 总线操作和定时292

9.5.4 典型总线标准296

习题303