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第1章 欢迎阅读本书1

1.1 我们的目标1

1.2 怎么才能做到1

1.3 两个反复出现的理念2

1.3.1 抽象之理念2

1.3.2 硬件与软件3

1.4 计算机系统简述4

1.5 两个非常重要的思想6

1.6 计算机：通用计算设备6

1.7 从问题描述到电子运转8

1.7.1 问题的提出8

1.7.2 算法8

1.7.3 程序9

1.7.4 指令集结构9

1.7.5 微结构10

1.7.6 逻辑电路10

1.7.7 器件10

1.7.8 小结10

1.8 习题11

第2章 bit、数据类型及其运算14

2.1 bit和数据类型14

2.1.1 bit——信息的基本单位14

2.1.2 数据类型14

2.2 整数数据类型15

2.2.1 无符号整数15

2.2.2 有符号整数15

2.3 补码16

2.4 二进制数与十进制数之间的转换18

2.4.1 二进制数转换为十进制数18

2.4.2 十进制数转换为二进制数19

2.5 bit运算之一：算术运算20

2.5.1 加法和减法20

2.5.2 符号扩展20

2.5.3 溢出21

2.6 bit运算之二：逻辑运算22

2.6.1 “与”运算22

2.6.2 “或”运算23

2.6.3 “非”运算24

2.6.4 “异或”运算24

2.7 其他类型24

2.7.1 位矢量25

2.7.2 浮点数25

2.7.3 ASCII码27

2.7.4 十六进制计数法28

2.8 习题29

第3章 数字逻辑34

3.1 MOS晶体管34

3.2 逻辑门35

3.2.1 非门35

3.2.2 或门、或非门36

3.2.3 与门、与非门37

3.2.4 摩根定律38

3.2.5 多输入门39

3.3 组合逻辑39

3.3.1 译码器40

3.3.2 多路复用器40

3.3.3 全加器41

3.3.4 可编程逻辑阵列43

3.3.5 逻辑完备性43

3.4 存储单元44

3.4.1 R-S锁存器44

3.4.2 门控D锁存器45

3.4.3 寄存器45

3.5 内存的概念46

3.5.1 寻址空间46

3.5.2 寻址能力46

3.5.3 例子：22×3内存47

3.6 时序电路48

3.6.1 组合密码锁49

3.6.2 状态的概念50

3.6.3 有限状态机51

3.6.4 有限状态机的实现53

3.7 LC-3计算机的数据通路55

3.8 习题56

第4章 冯·诺伊曼模型65

4.1 基本部件65

4.1.1 内存66

4.1.2 处理单元66

4.1.3 输入和输出单元67

4.1.4 控制单元67

4.2 LC-3：一台冯·诺伊曼机器67

4.3 指令处理69

4.3.1 指令69

4.3.2 指令周期70

4.4 改变执行顺序72

4.5 停机操作74

4.6 习题75

第5章 LC-3结构77

5.1 ISA概述77

5.1.1 内存组织77

5.1.2 寄存器77

5.1.3 指令集78

5.1.4 操作码78

5.1.5 数据类型80

5.1.6 寻址模式80

5.1.7 条件码80

5.2 操作指令80

5.3 数据搬移指令83

5.3.1 PC相对寻址83

5.3.2 间接寻址84

5.3.3 基址偏移寻址85

5.3.4 立即数寻址86

5.3.5 一个例子87

5.4 控制指令88

5.4.1 条件跳转指令88

5.4.2 一个例子90

5.4.3 循环控制的两种方法91

5.4.4 例子：哨兵法数组求和92

5.4.5 JMP指令92

5.4.6 TRAP指令93

5.5 例子：字符数统计93

5.6 总结：数据通路（LC-3）96

5.6.1 数据通路的基本部件97

5.6.2 指令周期98

5.7 习题98

第6章 编程104

6.1 问题求解104

6.1.1 系统分解104

6.1.2 三种结构：顺序、条件、循环104

6.1.3 实现三种结构的LC-3指令105

6.1.4 回顾字符数统计例子106

6.2 调试109

6.2.1 调试的基本操作110

6.2.2 交互式调试器的使用111

6.3 习题116

第7章 汇编语言120

7.1 汇编语言编程——更上一层120

7.2 一个汇编程序120

7.2.1 指令121

7.2.2 伪操作123

7.2.3 例子：字符数统计程序124

7.3 汇编过程125

7.3.1 概述125

7.3.2 两遍扫描125

7.3.3 第1遍：创建符号表126

7.3.4 第2遍：生成机器语言程序126

7.4 相关知识127

7.4.1 可执行映像128

7.4.2 多目标文件128

7.5 习题129

第8章 输入／输出134

8.1 输入／输出的基本概念134

8.1.1 设备寄存器134

8.1.2 内存映射I/O与专用I/O指令134

8.1.3 异步I/O与同步I/O135

8.1.4 中断驱动与轮询135

8.2 键盘输入136

8.2.1 基本输入寄存器136

8.2.2 基本输入服务程序136

8.2.3 内存映射输入的实现136

8.3 显示器输出137

8.3.1 基本输出寄存器（DDR和DSR）137

8.3.2 基本输出服务程序137

8.3.3 内存映射输出的实现138

8.3.4 例子：键盘回显139

8.4 一个更复杂的输入程序139

8.5 中断驱动I/O140

8.5.1 什么是中断驱动11O140

8.5.2 为什么要引入中断驱动I/O141

8.5.3 中断信号的产生142

8.6 内存映射I/O的回顾144

8.7 习题144

第9章 TRAP程序和子程序146

9.1 LC-3 TRAP程序146

9.1.1 概述146

9.1.2 TRAP机制146

9.1.3 TRAP指令147

9.1.4 完整机制147

9.1.5 I/O中断处理程序149

9.1.6 HALT中断程序150

9.1.7 寄存器内容的保存和恢复151

9.2 子程序152

9.2.1 调用／返回机制153

9.2.2 JSR（R）指令154

9.2.3 字符输入的TRAP程序154

9.2.4 PUTS：写字符串156

9.2.5 库程序157

9.3 习题160

第10章 栈166

10.1 栈的基本结构166

10.1.1 抽象数据类型：栈166

10.1.2 两个实现例子166

10.1.3 内存中的实现167

10.1.4 小结170

10.2 中断驱动I/O（第二部分）171

10.2.1 启动和执行171

10.2.2 中断返回173

10.2.3 例子：嵌套中断173

10.3 基于栈的算术运算175

10.3.1 栈的临时存储作用175

10.3.2 例子：算术表达式175

10.3.3 加、乘和取反176

10.4 数据类型转换180

10.4.1 一个错误结果的例子：2+3=e181

10.4.2 ASCII／二进制转换181

10.4.3 二进制／ASCII转换183

10.5 模拟计算器184

10.6 习题188

第11章 C语言编程概述192

11.1 我们的目标192

11.2 软硬件结合192

11.3 高级语言翻译194

11.3.1 解释执行194

11.3.2 编译执行194

11.3.3 两种方法的优缺点194

11.4 C编程语言195

11.5 一个简单的C程序197

11.5.1 main函数198

11.5.2 编程风格198

11.5.3 C预处理器199

11.5.4 输入和输出200

11.6 小结202

11.7 习题202

第12章 变量和运算符204

12.1 概述204

12.2 变量204

12.2.1 三种基本数据类型：int、char、double204

12.2.2 标识符的选择206

12.2.3 局部变量和全局变量206

12.2.4 更多的例子208

12.3 运算符208

12.3.1 表达式和语句209

12.3.2 赋值运算符209

12.3.3 算术运算符210

12.3.4 算术优先级210

12.3.5 位运算符211

12.3.6 关系运算符212

12.3.7 逻辑运算符213

12.3.8 递增／递减运算符214

12.3.9 运算符混合表达式215

12.4 基于运算符的问题求解215

12.5 编译器处理217

12.5.1 符号表217

12.5.2 变量的空间分配218

12.5.3 完整的例子219

12.6 补充话题221

12.6.1 三种基本类型的变种221

12.6.2 文字常量、常量和符号值222

12.6.3 存储类型223

12.6.4 更多的C运算符223

12.7 小结224

12.8 习题224

第13章 控制结构227

13.1 概述227

13.2 条件结构227

13.2.1 if语句227

13.2.2 if-else语句229

13.3 循环结构231

13.3.1 while语句231

13.3.2 for语句233

13.3.3 do-while循环236

13.4 基于控制结构的问题求解236

13.4.1 问题1：π的近似值求解236

13.4.2 问题2：找出100以内的质数239

13.4.3 问题3：分析一个E-mail地址241

13.5 其他C语言控制结构243

13.5.1 switch语句243

13.5.2 break和continue语句244

13.5.3 简单计算器的例子244

13.6 小结245

13.7 习题246

第14章 函数250

14.1 概述250

14.2 C语言中的函数250

14.2.1 带参数的函数251

14.2.2 求解圆面积253

14.3 C语言中函数的实现254

14.3.1 运行时栈254

14.3.2 实现机制254

14.3.3 汇总259

14.4 问题求解260

14.4.1 例1：大小写转换260

14.4.2 例2：毕达哥拉斯三角形262

14.5 小结263

14.6 习题263

第15章 测试与调试技术268

15.1 概述268

15.2 错误类型269

15.2.1 语法错误269

15.2.2 语义错误269

15.2.3 算法错误270

15.3 测试271

15.3.1 黑盒测试271

15.3.2 白盒测试272

15.4 调试272

15.4.1 特定方法273

15.4.2 源码级调试工具273

15.4.3 断点273

15.5 正确的编程方法274

15.5.1 明确规格说明274

15.5.2 模块化设计275

15.5.3 预防错误式编程275

15.6 小结276

15.7 习题276

第16章 指针和数组280

16.1 概述280

16.2 指针280

16.2.1 声明指针变量281

16.2.2 指针运算符282

16.2.3 指针传递一个引用283

16.2.4 空指针284

16.2.5 语法284

16.2.6 指针例程285

16.3 数组286

16.3.1 数组声明286

16.3.2 数组应用287

16.3.3 数组参数289

16.3.4 C语言的字符串290

16.3.5 数组与指针的关系293

16.3.6 实例：插入排序293

16.3.7 C语言数组的不足295

16.4 小结296

16.5 习题296

第17章 递归299

17.1 概述299

17.2 什么是递归299

17.3 递归与循环300

17.4 汉诺塔301

17.5 斐波纳契数列304

17.6 二分查找307

17.7 整数转换为ASCII字符串309

17.8 小结310

17.9 习题310

第18章 C语言中的I/O315

18.1 概述315

18.2 C标准库函数315

18.3 字符I/O操作315

18.3.1 I/O流316

18.3.2 putchar函数316

18.3.3 getchar函数316

18.3.4 缓冲I/O316

18.4 格式化I/O317

18.4.1 printf317

18.4.2 scanf318

18.4.3 可变长参数320

18.5 文件I/O321

18.6 小结322

18.7 习题323

第19章 数据结构324

19.1 概述324

19.2 结构体324

19.2.1 typedef326

19.2.2 结构体在C中的实现326

19.3 结构体数组327

19.4 动态内存分配328

19.5 链表330

19.6 小结336

19.7 习题336

附录A LC-3指令集结构339

附录B 从LC-3到x86353

附录C LC-3的微结构367

附录D C编程语言383

附录E 常用表403