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第1章 计算机系统概述1

1.1 计算机发展历程1

1.1.1 计算机硬件的发展1

1.1.2 计算机软件的发展2

1.1.3 计算机的分类与发展方向2

1.1.4 本节习题精选3

1.1.5 答案与解析3

1.2 计算机系统层次结构4

1.2.1 计算机系统的组成4

1.2.2 计算机硬件的基本组成4

1.2.3 计算机软件的分类7

1.2.4 计算机的工作过程7

1.2.5 计算机系统的多级层次结构8

1.2.6 本节习题精选8

1.2.7 答案与解析10

1.3 计算机的性能指标12

1.3.1 计算机的主要性能指标12

1.3.2 几个专业术语的概念14

1.3.3 本节习题精选14

1.3.4 答案与解析17

1.4 本章小节19

1.5 常见问题和易混淆知识点20

第2章 数据的表示和运算23

2.1 数制与编码24

2.1.1 进位计数制及其相互转换24

2.1.2 真值和机器数26

2.1.3 BCD码26

2.1.4 字符与字符串26

2.1.5 校验码27

2.1.6 本节习题精选30

2.1.7 答案与解析32

2.2 定点数的表示与运算34

2.2.1 定点数的表示34

2.2.2 定点数的运算38

2.2.3 强制类型转换45

2.2.4 本节习题精选46

2.2.5 答案与解析52

2.3 浮点数的表示与运算59

2.3.1 浮点数的表示59

2.3.2 浮点数的加减运算62

2.3.3 本节习题精选63

2.3.4 答案与解析68

2.4 算术逻辑单元ALU75

2.4.1 串行加法器和并行加法器75

2.4.2 算术逻辑单元的功能和结构78

2.4.3 本节习题精选79

2.4.4 答案与解析80

2.5 本章小结81

2.6 常见问题和易混淆知识点82

第3章 存储系统85

3.1 存储器的层次结构86

3.1.1 存储器的分类86

3.1.2 存储器的性能指标87

3.1.3 本节习题精选87

3.1.4 答案与解析88

3.2 存储器的层次化结构89

3.2.1 多级存储系统89

3.2.2 本节习题精选89

3.2.3 答案与解析90

3.3 半导体随机存储器91

3.3.1 半导体存储芯片91

3.3.2 SRAM存储器和DRAM存储器92

3.3.3 只读存储器94

3.3.4 本节习题精选95

3.3.5 答案与解析97

3.4 主存储器与CPU的连接99

3.4.1 连接原理99

3.4.2 主存容量的扩展100

3.4.3 存储芯片的地址分配和片选102

3.4.4 存储器与CPU的连接102

3.4.5 本节习题精选103

3.4.6 答案与解析105

3.5 双口RAM和多模块存储器110

3.5.1 双端口RAM110

3.5.2 多模块存储器111

3.5.3 本节习题精选113

3.5.4 答案与解析114

3.6 高速缓冲存储器116

3.6.1 程序访问的局部性原理116

3.6.2 Cache的基本工作原理116

3.6.3 Cache和主存的映射方式117

3.6.4 Cache中主存块的替换算法120

3.6.5 Cache写策略120

3.6.6 本节习题精选121

3.6.7 答案与解析125

3.7 虚拟存储器131

3.7.1 虚拟存储器的基本概念132

3.7.2 页式虚拟存储器132

3.7.3 段式虚拟存储器133

3.7.4 段页式虚拟存储器133

3.7.5 快表TLB134

3.7.6 虚拟存储器与Cache的比较134

3.7.7 本节习题精选135

3.7.8 答案与解析138

3.8 本章小结142

3.9 常见问题和易混淆知识点144

第4章 指令系统145

4.1 指令格式145

4.1.1 指令的基本格式145

4.1.2 定长操作码指令格式147

4.1.3 扩展操作码指令格式147

4.1.4 本节习题精选148

4.1.5 答案与解析150

4.2 指令寻址方式152

4.2.1 指令寻址和数据寻址152

4.2.2 常见的数据寻址方式153

4.2.3 本节习题精选157

4.2.4 答案与解析163

4.3 CISC和RISC的基本概念168

4.3.1 复杂指令系统计算机CISC169

4.3.2 精简指令系统计算机RISC169

4.3.3 CISC和RISC的比较169

4.3.4 本节习题精选170

4.3.5 答案与解析171

4.4 本章小结172

4.5 常见问题和易混淆知识点172

第5章 中央处理器175

5.1 CPU的功能和基本结构175

5.1.1 CPU的功能175

5.1.2 CPU的基本结构176

5.1.3 本节习题精选177

5.1.4 答案与解析179

5.2 指令执行过程181

5.2.1 指令周期181

5.2.2 指令周期的数据流182

5.2.3 指令执行方案184

5.2.4 本节习题精选184

5.2.5 答案与解析186

5.3 数据通路的功能和基本结构188

5.3.1 数据通路的功能188

5.3.2 数据通路的基本结构188

5.3.3 本节习题精选190

5.3.4 答案与解析195

5.4 控制器的功能和工作原理200

5.4.1 控制器的结构和功能200

5.4.2 硬布线控制器200

5.4.3 微程序控制器204

5.4.4 本节习题精选210

5.4.5 答案与解析213

5.5 指令流水线216

5.5.1 指令流水线的基本概念216

5.5.2 流水线的分类218

5.5.3 影响流水线的因素219

5.5.4 流水线的性能指标220

5.5.5 超标量流水线的基本概念221

5.5.6 本节习题精选222

5.5.7 答案与解析226

5.6 本章小结233

5.7 常见问题和易混淆知识点234

第6章 总线236

6.1 总线概述236

6.1.1 总线基本概念236

6.1.2 总线的分类237

6.1.3 系统总线的结构237

6.1.4 总线的性能指标239

6.1.5 本节习题精选239

6.1.6 答案与解析242

6.2 总线仲裁244

6.2.1 集中仲裁方式245

6.2.2 分布仲裁方式247

6.2.3 本节习题精选247

6.2.4 答案与解析247

6.3 总线操作和定时248

6.3.1 总线传输的4个阶段248

6.3.2 同步定时方式249

6.3.3 异步定时方式249

6.3.4 本节习题精选249

6.3.5 答案与解析250

6.4 总线标准251

6.4.1 常见的总线标准252

6.4.2 本节习题精选253

6.4.3 答案与解析253

6.5 本章小结254

6.6 常见问题和易混淆知识点255

第7章 输入／输出系统256

7.1 I/O系统基本概念256

7.1.1 输入／输出系统256

7.1.2 I/O控制方式257

7.1.3 本节习题精选257

7.1.4 答案与解析258

7.2 外部设备258

7.2.1 输入设备258

7.2.2 输出设备258

7.2.3 外存储器260

7.2.4 本节习题精选262

7.2.5 答案与解析264

7.3 I/O接口265

7.3.1 I/O接口的功能266

7.3.2 I/O接口的基本结构266

7.3.3 I/O接口的类型267

7.3.4 I/O端口及其编址267

7.3.5 本节习题精选267

7.3.6 答案与解析268

7.4 I/O方式269

7.4.1 程序查询方式269

7.4.2 程序中断方式270

7.4.3 DMA方式274

7.4.4 本节习题精选277

7.4.5 答案与解析283

7.5 本章小结290

7.6 常见问题和易混淆知识点291

参考文献293