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第1章 计算机系统概述1

1.1 计算机发展历程2

1.1.1 计算机硬件的发展2

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3

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9

1.2.7 答案与解析11

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28

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35

2.2.1 定点数的表示35

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47

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67

2.4 算术逻辑单元ALU73

2.4.1 串行加法器和并行加法器73

2.4.2 算术逻辑单元的功能和结构77

2.4.3 本节习题精选78

2.4.4 答案与解析79

2.5 本章小结80

2.6 常见问题和易混淆知识点81

第3章 存储系统84

3.1 存储器的层次结构85

3.1.1 存储器的分类85

3.1.2 存储器的性能指标86

3.1.3 本节习题精选86

3.1.4 答案与解析87

3.2 存储器的层次化结构88

3.2.1 多级存储系统88

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90

3.3.1 半导体存储芯片90

3.3.2 SRAM存储器和DRAM存储器91

3.3.3 只读存储器93

3.3.4 本节习题精选94

3.3.5 答案与解析96

3.4 主存储器与CPU的连接98

3.4.1 连接原理98

3.4.2 主存容量的扩展98

3.4.3 存储芯片的地址分配和片选100

3.4.4 存储器与CPU的连接101

3.4.5 本节习题精选101

3.4.6 答案与解析104

3.5 双口RAM和多模块存储器109

3.5.1 双端口RAM109

3.5.2 多模块存储器109

3.5.3 本节习题精选111

3.5.4 答案与解析112

3.6 高速缓冲存储器113

3.6.1 程序访问的局部性原理114

3.6.2 Cache的基本工作原理114

3.6.3 Cache和主存的映射方式115

3.6.4 Cache中主存块的替换算法117

3.6.5 Cache写策略118

3.6.6 本节习题精选118

3.6.7 答案与解析121

3.7 虚拟存储器127

3.7.1 虚拟存储器的基本概念127

3.7.2 页式虚拟存储器128

3.7.3 段式虚拟存储器129

3.7.4 段页式虚拟存储器129

3.7.5 快表TLB130

3.7.6 虚拟存储器与Cache的比较130

3.7.7 本节习题精选130

3.7.8 答案与解析134

3.8 本章小结137

3.9 常见问题和易混淆知识点139

第4章 指令系统140

4.1 指令格式140

4.1.1 指令的基本格式141

4.1.2 定长操作码指令格式142

4.1.3 扩展操作码指令格式142

4.1.4 本节习题精选143

4.1.5 答案与解析145

4.2 指令寻址方式148

4.2.1 指令寻址和数据寻址148

4.2.2 常见的数据寻址方式149

4.2.3 本节习题精选152

4.2.4 答案与解析157

4.3 CISC和RISC的基本概念161

4.3.1 复杂指令系统计算机CISC161

4.3.2 精简指令系统计算机RISC162

4.3.3 CISC和RISC的比较162

4.3.4 本节习题精选163

4.3.5 答案与解析163

4.4 本章小结164

4.5 常见问题和易混淆知识点165

第5章 中央处理器167

5.1 CPU的功能和基本结构168

5.1.1 CPU的功能168

5.1.2 CPU的基本结构168

5.1.3 本节习题精选169

5.1.4 答案与解析171

5.2 指令执行过程173

5.2.1 指令周期173

5.2.2 指令周期的数据流174

5.2.3 指令执行方案176

5.2.4 本节习题精选177

5.2.5 答案与解析179

5.3 数据通路的功能和基本结构180

5.3.1 数据通路的功能180

5.3.2 数据通路的基本结构181

5.3.3 本节习题精选182

5.3.4 答案与解析186

5.4 控制器的功能和工作原理190

5.4.1 控制器的结构和功能190

5.4.2 硬布线控制器191

5.4.3 微程序控制器195

5.4.4 本节习题精选201

5.4.5 答案与解析204

5.5 指令流水线207

5.5.1 指令流水线的基本概念207

5.5.2 流水线的分类209

5.5.3 影响流水线的因素210

5.5.4 流水线的性能指标211

5.5.5 超标量流水线的基本概念212

5.5.6 本节习题精选213

5.5.7 答案与解析216

5.6 本章小结220

5.7 常见问题和易混淆知识点221

第6章 总线223

6.1 总线概述223

6.1.1 总线基本概念224

6.1.2 总线的分类224

6.1.3 系统总线的结构225

6.1.4 总线的性能指标226

6.1.5 本节习题精选226

6.1.6 答案与解析229

6.2 总线仲裁231

6.2.1 集中仲裁方式231

6.2.2 分布仲裁方式232

6.2.3 本节习题精选233

6.2.4 答案与解析233

6.3 总线操作和定时234

6.3.1 总线传输的4个阶段234

6.3.2 同步定时方式235

6.3.3 异步定时方式235

6.3.4 本节习题精选235

6.3.5 答案与解析236

6.4 总线标准237

6.4.1 常见的总线标准238

6.4.2 本节习题精选239

6.4.3 答案与解析239

6.5 本章小结240

6.6 常见问题和易混淆知识点241

第7章 输入／输出系统242

7.1 I/O系统基本概念243

7.1.1 输入／输出系统243

7.1.2 I/O控制方式243

7.1.3 本节习题精选243

7.1.4 答案与解析244

7.2 外部设备244

7.2.1 输入设备244

7.2.2 输出设备245

7.2.3 外存储器246

7.2.4 本节习题精选249

7.2.5 答案与解析250

7.3 I/O接口252

7.3.1 I/O接口的功能252

7.3.2 I/O接口的基本结构252

7.3.3 I/O接口的类型253

7.3.4 I/O端口及其编址253

7.3.5 本节习题精选253

7.3.6 答案与解析254

7.4 I/O方式255

7.4.1 程序查询方式255

7.4.2 程序中断方式256

7.4.3 DMA方式260

7.4.4 本节习题精选263

7.4.5 答案与解析269

7.5 本章小结275

7.6 常见问题和易混淆知识点276

参考文献278