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第一篇 概述2

第1章 计算机系统概论2

1.1 计算机系统简介2

1.1.1 计算机简史2

1.1.2 摩尔定律4

1.1.3 计算机系统的分类5

1.1.4 计算机系统6

1.1.5 计算机的应用和发展趋势7

1.1.6 计算机体系结构、组成与实现9

1.2 现代计算机的体系结构10

1.2.1 冯·诺依曼计算机的特点11

1.2.2 计算机的硬件组成11

1.2.3 非冯·诺依曼计算机12

1.3 计算机的层次结构12

1.3.1 虚拟机的概念13

1.3.2 虚拟机的层次结构13

1.3.3 硬件和软件的逻辑等价性14

1.4 计算机的性能指标14

1.4.1 机器字长14

1.4.2 存储容量14

1.4.3 运算速度15

1.5 本书结构16

小结17

习题17

第二篇 计算机系统20

第2章 系统总线20

2.1 计算机系统互连结构20

2.2 总线的基本概念21

2.2.1 总线特性22

2.2.2 总线性能指标22

2.2.3 总线内部结构23

2.2.4 总线标准24

2.3 总线连接方式26

2.3.1 单总线26

2.3.2 双总线27

2.3.3 多总线27

2.4 总线设计要素29

2.4.1 总线仲裁29

2.4.2 总线定时31

2.4.3 总线数据传输模式33

2.4.4 总线宽度34

2.4.5 总线复用34

2.5 PCI总线35

2.5.1 多总线分级结构35

2.5.2 总线内部结构36

2.5.3 总线周期类型38

2.5.4 总线周期操作39

2.5.5 PCI的总线仲裁40

小结42

习题43

第3章 存储器46

3.1 存储器概述46

3.1.1 存储器特性46

3.1.2 存储器分类47

3.1.3 存储器的层次结构49

3.2 半导体随机存储器51

3.2.1 半导体存储器的组织51

3.2.2 SRAM52

3.2.3 DRAM53

3.2.4 DRAM的刷新54

3.2.5 DRAM控制器56

3.2.6 存储器模块57

3.3 半导体只读存储器59

3.4 存储器与CPU连接61

3.4.1 芯片的引脚61

3.4.2 存储容量的扩展62

3.4.3 计算机中主存储器的配置64

3.4.4 提高访存速度的措施67

3.4.5 多模块交叉存储器68

3.5 高速缓冲存储器70

3.5.1 基本原理70

3.5.2 Cache的设计要素72

3.5.3 Cache系统实例80

3.6 虚拟存储器81

3.6.1 虚拟存储器的基本概念81

3.6.2 页式虚拟存储器83

3.6.3 段式虚拟存储器84

3.6.4 段页式虚拟存储器85

3.6.5 替换算法87

小结87

习题88

第4章 外围设备91

4.1 概述91

4.1.1 外围设备的一般功能与组成91

4.1.2 外围设备的分类92

4.1.3 调用I/O设备的层次93

4.2 键盘94

4.2.1 硬件扫描键盘94

4.2.2 软件扫描键盘95

4.3 显示设备96

4.3.1 显示方式与常见显示规格97

4.3.2 光栅扫描成像原理99

4.3.3 屏幕显示与显示缓存间的对应关系102

4.4 打印设备106

4.4.1 打印设备的分类106

4.4.2 点阵针式打印机107

4.4.3 激光打印机108

4.4.4 喷墨打印机109

4.4.5 几种打印机的比较109

4.5 磁盘存储器109

4.5.1 磁表面存储器原理110

4.5.2 磁盘的物理组织112

4.5.3 磁盘的数据组织和寻址113

4.5.4 磁盘技术指标114

4.6 其他外部存储器117

4.6.1 RAID（磁盘冗余阵列）117

4.6.2 光存储器122

4.6.3 磁带124

4.7 外部接口SCSI125

4.7.1 接口的类型125

4.7.2 点对点和多点配置125

4.7.3 小型计算机系统接口（SCSI）126

小结129

习题130

第5章 输入／输出系统133

5.1 输入／输出系统概述133

5.1.1 输入／输出接口133

5.1.2 接口的功能、基本组成和类型134

5.1.3 外设的识别与端口寻址136

5.1.4 输入／输出信息传输控制方式137

5.2 程序查询方式及其接口138

5.2.1 程序查询方式138

5.2.2 程序查询方式接口139

5.3 程序中断方式及其接口142

5.3.1 中断的基本概念142

5.3.2 中断请求和中断判优143

5.3.3 中断响应和中断处理145

5.3.4 多重中断与中断屏蔽148

5.3.5 中断全过程149

5.3.6 程序中断接口结构149

5.3.7 中断控制器150

5.4 DMA方式及其接口152

5.4.1 DMA方式的基本概念152

5.4.2 DMA接口154

5.4.3 DMA传输方法与传输过程156

5.4.4 DMA控制器与外设的接口159

5.5 通道方式及其接口160

5.5.1 通道的基本概念160

5.5.2 通道的类型161

5.5.3 通道工作过程163

小结164

习题164

第三篇 中央处理器169

第6章 信息的表示169

6.1 概述169

6.1.1 位置编码系统169

6.1.2 数值在计算机中的表示170

6.2 定点数的表示170

6.2.1 原码表示法171

6.2.2 补码表示法172

6.3 浮点数的表示173

6.3.1 原理173

6.3.2 二进制浮点表示的IEEE标准175

6.4 文字信息的表示176

6.4.1 字符与字符串的表示176

6.4.2 汉字的表示177

6.5 其他信息的表示178

6.5.1 语音的计算机表示178

6.5.2 位图图像的计算机表示178

6.5.3 图形的计算机表示179

6.6 校验码179

6.6.1 奇偶校验码180

6.6.2 循环冗余码181

6.6.3 海明码183

小结185

习题185

第7章 运算方法和运算器187

7.1 定点加减法运算187

7.1.1 补码加法187

7.1.2 补码减法188

7.1.3 溢出188

7.1.4 基本的加／减法器189

7.2 定点乘法运算190

7.2.1 原码乘法190

7.2.2 补码一位乘192

7.2.3 快速乘法193

7.3 定点除法运算195

7.3.1 恢复余数除法195

7.3.2 不恢复余数除法196

7.3.3 补码不恢复余数除法198

7.3.4 快速除法201

7.4 逻辑运算202

7.4.1 基本逻辑运算202

7.4.2 复合逻辑运算202

7.5 算术／逻辑单元（ALU）203

7.5.1 ALU的组成203

7.5.2 先行进位的实现204

7.6 定点运算器的组成205

7.6.1 内部总线206

7.6.2 带有累加器的简单运算器208

7.6.3 单总线移位乘除运算器209

7.6.4 三总线阵列乘除运算器210

7.7 浮点运算和浮点运算器211

7.7.1 浮点加／减法211

7.7.2 浮点乘／除法213

7.7.3 舍入处理214

7.7.4 浮点运算器215

小结217

习题218

第8章 指令系统220

8.1 指令系统的发展与性能要求220

8.1.1 指令系统的发展220

8.1.2 指令系统的性能要求221

8.1.3 低级语言与硬件结构的关系221

8.2 机器指令的设计要素222

8.2.1 机器指令格式222

8.2.2 操作码设计223

8.2.3 地址码设计224

8.2.4 指令集设计227

8.2.5 指令字长229

8.3 指令和操作数的寻址方式230

8.3.1 指令的寻址方式230

8.3.2 操作数寻址方式231

8.4 RISC技术239

8.4.1 RISC的产生和发展240

8.4.2 RISC的主要特征241

8.4.3 RISC和CISC的比较244

小结245

习题246

第9章 CPU的结构与功能249

9.1 CPU的组织249

9.1.1 CPU的功能249

9.1.2 CPU的基本组成250

9.2 寄存器组织250

9.2.1 用户可见寄存器251

9.2.2 控制和状态寄存器251

9.2.3 操作控制器和时序控制器253

9.3 控制器组织253

9.3.1 控制器的基本组成253

9.3.2 指令执行的基本过程254

9.3.3 控制器的时序系统254

9.3.4 控制器的基本控制方式257

9.4 时序产生器组织258

9.4.1 组合逻辑控制器的时序产生器258

9.4.2 微程序控制器的时序产生器259

9.5 指令流水260

9.5.1 流水线策略260

9.5.2 流水线分类262

9.5.3 流水线的主要问题262

9.6 RISC的硬件结构264

9.7 Pentium处理器264

9.7.1 Pentium的结构框图265

9.7.2 寄存器组织265

小结266

习题266

第四篇 控制器270

第10章 控制器的功能与设计270

10.1 控制器的功能270

10.1.1 微操作270

10.1.2 指令周期分析271

10.1.3 功能需求273

10.1.4 控制信号274

10.1.5 控制信号举例275

10.2 模型机的设计278

10.2.1 指令系统和寻址方式279

10.2.2 CPU及模型机硬件系统283

10.2.3 模型机时序系统与控制方式286

10.2.4 模型机指令微流程287

10.3 硬布线控制器298

10.3.1 基本原理299

10.3.2 模型机的硬布线控制器设计300

10.4 微程序控制器原理301

10.4.1 基本思想和基本概念301

10.4.2 微程序控制器组成301

10.4.3 微指令编码303

10.4.4 微地址形成305

10.4.5 微指令格式306

10.4.6 动态微程序设计和毫微程序设计307

10.4.7 微程序的时序控制307

10.5 模型机微程序控制器设计310

10.5.1 微指令格式设计310

10.5.2 模型机微程序设计313

小结319

习题320

附录A 数字逻辑324

参考文献332