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第1章 计算机系统概论1

1.1计算机的分类1

1.2计算机的发展3

1.3计算机的组成5

1.3.1冯·诺依曼计算机的特点5

1.3.2计算机的硬件系统6

1.3.3计算机的软件系统9

1.3.4非冯·诺依曼计算机10

1.3.5计算机的性能指标10

1.4计算机系统的层次结构12

1.4.1多级组成的计算机系统12

1.4.2软件与硬件的逻辑等价性12

本章小结13

习题13

第2章 运算方法和运算器15

2.1数据与文字的表示方式15

2.1.1无符号数和有符号数15

2.1.2数据格式15

2.1.3数的机器码表示19

2.1.4十进制数串的表示方法22

2.1.5字符与字符串的表示方法22

2.1.6汉字的表示方法23

2.1.7校验码24

2.2定点运算25

2.2.1定点加减运算25

2.2.2定点乘法运算29

2.2.3定点除法运算35

2.3浮点数运算38

2.3.1浮点加、减法运算38

2.3.2浮点乘、除法运算42

2.4运算器43

2.4.1基本的二进制加减法器43

2.4.2多功能算术逻辑运算单元45

本章小结51

习题51

第3章 内部存储器54

3.1存储器概述54

3.1.1存储器的分类54

3.1.2存储器的分级56

3.1.3存储单元地址的分配57

3.1.4主存储器的技术指标57

3.2随机存取存储器58

3.2.1静态RAM58

3.2.2动态RAM61

3.3只读存储器65

3.4存储器与CPU的连接72

3.5并行存储器79

3.5.1双端口存储器79

3.5.2多模块交叉存储器82

3.6高速缓冲存储器Cache85

3.6.1 Cache基本原理85

3.6.2主存与Cache的地址映射88

3.6.3替换策略92

3.6.4 Cache的写操作策略92

3.6.5 Pentium 4的Cache组织93

本章小结94

习题95

第4章 指令系统97

4.1指令系统的发展与性能要求97

4.1.1指令系统的发展97

4.1.2对指令系统性能的要求98

4.1.3低级语言与硬件结构的关系99

4.2指令格式99

4.2.1操作码100

4.2.2地址码100

4.2.3指令字长度103

4.2.4指令助记符103

4.2.5操作数类型104

4.2.6指令格式举例104

4.3指令和数据的寻址方式107

4.3.1指令的寻址方式107

4.3.2操作数基本寻址方式109

4.4典型指令120

4.4.1指令的分类120

4.4.2基本指令系统的操作122

4.4.3精简指令系统123

4.4.4 RISC和CISC的比较123

本章小结125

习题125

第5章 中央处理器128

5.1 CPU的功能和组成128

5.1.1 CPU的功能128

5.1.2 CPU的基本组成129

5.1.3 CPU中的主要寄存器130

5.1.4寄存器组织举例131

5.2指令周期133

5.2.1指令周期的基本概念133

5.2.2 MOV指令的指令周期135

5.2.3 LAD指令的指令周期136

5.2.4 ADD指令的指令周期138

5.2.5 STO指令的指令周期139

5.2.6 JMP指令的指令周期141

5.2.7用方框图语言表示指令周期141

5.3时序产生器和控制方式144

5.3.1时序信号的作用和体制144

5.3.2时序信号产生器145

5.3.3控制方式147

5.4微程序控制器148

5.4.1微程序控制原理148

5.4.2微程序设计技术155

5.5硬布线控制器158

5.6指令流水162

5.6.1指令流水原理162

5.6.2影响流水线性能的因素164

5.6.3流水线性能168

5.6.4流水线中的多发技术170

5.6.5流水线结构172

5.6.6奔腾CPU173

5.7 RISC CPU178

5.7.1 RISC的特点178

5.7.2 RISC CPU实例179

本章小结182

习题183

第6章 总线系统185

6.1总线的概念和结构形态185

6.1.1总线的基本概念185

6.1.2总线的分类186

6.1.3总线的结构188

6.1.4总线的内部结构190

6.1.5总线的性能指标192

6.2总线接口193

6.2.1信息传送方式193

6.2.2总线接口的基本概念195

6.3总线的仲裁197

6.3.1集中式仲裁197

6.3.2分布式仲裁199

6.4总线的定时和数据传送模式200

6.4.1总线的定时200

6.4.2总线数据传送模式202

6.5 HOST总线和PCI总线203

6.5.1多总线结构203

6.5.2 PCI总线信号204

6.5.3总线周期类型205

6.5.4总线周期操作207

6.5.5总线仲裁208

6.6 InfiniBand标准208

6.6.1 InfiniBand的体系结构208

6.6.2 InfiniBand的通信协议210

本章小结211

习题212

第7章 外围设备214

7.1外围设备概述214

7.1.1外围设备的一般功能214

7.1.2外围设备的分类215

7.2硬磁盘存储器216

7.2.1磁记录原理216

7.2.2磁盘的组成和分类221

7.2.3磁盘驱动器和控制器222

7.2.4磁盘上信息的分布223

7.2.5磁盘存储器的技术指标224

7.2.6磁盘存储设备的技术发展226

7.2.7磁盘阵列RAID227

7.3软磁盘存储器228

7.3.1概述228

7.3.2软磁盘盘片228

7.3.3软磁盘的记录格式230

7.3.4软磁盘驱动器和控制器231

7.4磁带存储设备232

7.4.1概述232

7.4.2数据流磁带机233

7.4.3磁带的记录格式233

7.5光盘和磁光盘存储设备234

7.5.1光盘存储设备234

7.5.2磁光盘存储设备236

7.6显示设备237

7.6.1显示设备的分类与有关概念237

7.6.2字符/图形显示器238

7.6.3图像显示设备240

7.6.4 VESA显示标准241

7.7输入设备和打印设备243

7.7.1输入设备243

7.7.2打印设备246

本章小结248

习题249

第8章 输入输出系统251

8.1外围设备的速度分级与信息交换方式251

8.1.1外围设备的速度分级251

8.1.2信息交换方式253

8.2程序查询方式254

8.3程序中断方式258

8.3.1中断的基本概念258

8.3.2程序中断方式的基本I/O接口259

8.3.3单级中断261

8.3.4多级中断263

8.3.5中断控制器265

8.4 DMA方式266

8.4.1 DMA的基本概念266

8.4.2 DMA传送方式267

8.4.3基本的DMA控制器269

8.4.4选择型和多路型DMA控制器271

8.5通道方式274

8.5.1通道的功能274

8.5.2通道的类型276

8.5.3通道结构的发展277

本章小结277

习题277

参考文献280