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第一篇 概述3

第一章 计算机系统概论3

1.1 计算机系统简介3

1.1.1 计算机的软硬件概念3

1.1.2 计算机系统的层次结构3

1.1.3 计算机组成和计算机体系结构7

1.2 计算机的基本组成9

1.2.1 冯·诺依曼计算机的特点9

1.2.2 计算机的硬件框图9

1.2.3 计算机的工作过程11

1.3 计算机硬件的主要技术指标18

1.3.1 机器字长18

1.3.2 存储容量19

1.3.3 运算速度19

1.4 本书结构20

思考题与习题21

第二章 计算机的发展及应用22

2.1 计算机的发展史22

2.1.1 计算机的产生和发展22

2.1.2 微型计算机的出现和发展25

2.1.3 软件技术的兴起和发展27

2.2 计算机的应用30

2.2.1 科学计算和数据处理30

2.2.2 工业控制和实时控制31

2.2.3 网络技术的应用32

2.2.4 虚拟现实34

2.2.5 办公自动化和管理信息系统35

2.2.6 CAD/CAM/CIMS36

2.2.7 多媒体技术37

2.2.8 人工智能37

2.3 计算机的展望39

第二篇 计算机系统硬件结构45

第三章 系统总线45

3.1 总线的基本概念45

3.2 总线的分类47

3.2.1 片内总线47

3.2.2 系统总线47

3.2.3 通信总线49

3.3 总线特性及性能指标49

3.3.1 总线特性49

3.3.2 总线性能指标50

3.3.3 总线标准51

3.4 总线结构53

3.4.1 单总线结构53

3.4.2 多总线结构53

3.4.3 总线结构举例56

3.5 总线控制58

3.5.1 总线判优控制58

3.5.2 总线通信控制60

思考题与习题65

第四章 存储器67

4.1 概述67

4.1.1 存储器分类67

4.1.2 存储器的层次结构69

4.2 主存储器71

4.2.1 概述71

4.2.2 半导体存储芯片简介74

4.2.3 随机存取存储器(RAM)76

4.2.4 只读存储器(ROM)87

4.2.5 存储器与CPU的连接91

4.2.6 存储器的校验98

4.2.7 提高访存速度的措施101

4.3 高速缓冲存储器(Cache)105

4.3.1 概述105

4.3.2 Cache—主存地址映象111

4.3.3 替换算法115

4.4 辅助存储器115

4.4.1 概述115

4.4.2 磁记录原理和记录方式117

4.4.3 硬磁盘存储器122

4.4.4 软磁盘存储器130

4.4.5 磁带存储器135

4.4.6 循环冗余校验码(CRC码)138

4.4.7 光盘存储器140

思考题与习题144

附录4A 相联存储器148

第五章 输入输出系统151

5.1 概述151

5.1.1 输入输出系统的发展概况151

5.1.2 输入输出系统的组成153

5.1.3 I/O设备与主机的联系方式155

5.1.4 I/O与主机信息传送的控制方式158

5.2 外部设备162

5.2.1 概述162

5.2.2 输入设备164

5.2.3 输出设备168

5.2.4 其他外部设备180

5.2.5 多媒体技术182

5.3 I/O接口185

5.3.1 概述185

5.3.2 接口的功能和组成186

5.3.3 接口类型189

5.4 程序查询方式190

5.4.1 程序查询流程190

5.4.2 程序查询方式的接口电路192

5.5 程序中断方式192

5.5.1 中断的概念192

5.5.2 I/O中断的产生193

5.5.3 程序中断方式的接口电路194

5.5.4 I/O中断处理过程196

5.5.5 中断服务程序的流程198

5.6 DMA方式200

5.6.1 DMA方式的特点200

5.6.2 DMA接口的功能和组成203

5.6.3 DMA的工作过程205

5.6.4 DMA接口的类型208

思考题与习题211

附录5A.1 ASCII码213

附录5A.2 BCD码215

附录5A.3 奇偶校检码216

第三篇 中央处理器(CPU)219

第六章 计算机的运算方法219

6.1 无符号数和有符号数219

6.1.1 无符号数219

6.1.2 有符号数219

6.2 数的定点表示和浮点表示228

6.2.1 定点表示228

6.2.2 浮点表示229

6.2.3 定点数和浮点数的比较231

6.2.4 举例232

6.2.5 IEEE754标准233

6.3 定点运算234

6.3.1 移位运算234

6.3.2 加法与减法运算237

6.3.3 乘法运算243

6.3.4 除法运算259

6.4 浮点四则运算270

6.4.1 浮点加减运算270

6.4.2 浮点乘除法运算276

6.4.3 浮点运算所需的硬件配置281

6.5 算术逻辑单元281

6.5.1 ALU电路281

6.5.2 快速进位链284

思考题与习题291

附录6A.1 各种进位制的对应关系295

附录6A.2 各种进位制的转换296

附录6B 阵列乘法器和阵列除法器299

附录6C 74181逻辑电路302

第七章 指令系统303

7.1 机器指令303

7.1.1 指令的一般格式303

7.1.2 指令字长307

7.2 操作数类型和操作类型307

7.2.1 操作数类型307

7.2.2 数据在存储器中的存放方式308

7.2.3 操作类型309

7.3 寻址方式313

7.3.1 指令寻址313

7.3.2 数据寻址314

7.4 指令格式举例323

7.4.1 设计指令格式应考虑的各种因素323

7.4.2 指令格式举例323

7.5 RISC技术326

7.5.1 RISC的产生和发展326

7.5.2 RISC的主要特征330

7.5.3 RISC和CISC的比较333

思考题与习题335

第八章 CPU的结构和功能338

8.1 CPU的结构338

8.1.1 CPU的功能338

8.1.2 CPU结构框图339

8.1.3 CPU的寄存器340

8.1.4 控制单元CU和中断系统343

8.2 指令周期344

8.2.1 指令周期的基本概念344

8.2.2 指令周期的数据流346

8.3 指令流水347

8.3.1 指令流水原理349

8.3.2 影响流水线性能的因素351

8.3.3 流水线中的多发技术353

8.3.4 流水线结构354

8.4 中断系统356

8.4.1 概述356

8.4.2 中断请求标记和中断判优逻辑358

8.4.3 中断服务程序入口地址的寻找360

8.4.4 中断响应361

8.4.5 保护现场和恢复现场363

8.4.6 中断屏蔽技术363

思考题与习题366

第四篇 控制单元CU371

第九章 控制单元的功能371

9.1 微操作命令的分析371

9.1.1 取指周期371

9.1.2 间址周期371

9.1.3 执行周期372

9.1.4 中断周期374

9.2 控制单元的功能374

9.2.1 控制单元的外特性374

9.2.2 控制信号举例375

9.2.3 多级时序系统379

9.2.4 控制方式380

9.2.5 多级时序系统实例分析382

思考题与习题387

第十章 控制单元的设计389

10.1 组合逻辑设计389

10.1.1 组合逻辑控制单元框图389

10.1.2 微操作的节拍安排390

10.1.3 组合逻辑设计步骤392

10.2 微程序设计394

10.2.1 微程序设计思想的产生394

10.2.2 微程序控制单元框图及工作原理395

10.2.3 微指令的编码方式399

10.2.4 微指令序列地址的形成401

10.2.5 微指令格式402

10.2.6 静态微程序设计和动态微程序设计404

10.2.7 毫微程序设计404

10.2.8 串行微程序控制和并行微程序控制405

10.2.9 微程序设计举例405

思考题与习题411

参考文献414