计算机组成原理

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目 录
第1章 概论 1
1.1 计算机的发展与应用 1
1.1.1 计算机的发展简史 2
1.1.2 计算机的应用 3
1.2 计算机系统的组成 4
1.2.1 计算机的硬件系统 5
1.2.2 计算机的软件系统 6
1.2.3 硬件与软件的逻辑等价性 7
1.2.4 计算机系统的层次结构 8
1.3 计算机的特点和性能指标 10
1.3.1 计算机的工作特点 10
1.3.2 计算机的主要性能指标 10
1.3.3 计算机的分类 11
1.4 多媒体技术 12
1.4.1 多媒体技术的发展 12
1.4.2 多媒体技术要解决的
主要问题 12
1.4.3 多媒体计算机(MPC) 13
1.5 本章小结 15
1.6 习题 15
第2章 计算机中的数据表示 19
2.1 数据信息的表示 20
2.2 进位计数制 21
2.2.1 进位基数和位的权数 21
2.2.2 二进制数制 22
2.2.3 八进制数制 22
2.2.4 十六进制数制 22
2.2.5 数制之间的相互转换 23
2.3 定点数和浮点数 26
2.3.1 定点数表示法 26
2.3.2 浮点数表示法 27
2.3.3 定点数表示法和浮点数
表示法的比较 28
2.3.4 计算机中数的表示单位
和机器字长 28
2.4 带符号数的表示方法 29
2.4.1 机器数的原码表示法 29
2.4.2 机器数的补码表示法 30
2.4.3 机器数的反码表示法 36
2.4.4 机器数的移码表示法 36
2.4.5 各种编码的比较 38
2.5 十进制数据表示 38
2.5.1 二－十进制编码原理 38
2.5.2 二－十进制有权码 39
2.5.3 二－十进制无权码 40
2.6 字符编码 41
2.6.1 ASCII码 41
2.6.2 EBCDIC码 42
2.6.3 汉字的表示 42
2.7 数据校验码 43
2.7.1 奇偶校验码 43
2.7.2 海明校验码 44
2.7.3 循环冗余校验码 47
2.8 本章小结 49
2.9 习题 50
第3章 运算方法和运算器 53
3.1 定点数的加减运算 53
3.1.1 原码加减运算 53
3.1.2 补码加减运算 54
3.1.3 基本的二进制加法/减法器 55
3.1.4 加法运算及其加速方法 57
3.2 定点乘法运算 61
3.2.1 原码一位乘法 61
3.2.2 补码一位乘法 64
3.2.3 补码两位乘法 66
3.2.4 阵列乘法器 68
3.3 定点除法运算 69
3.3.1 原码一位除法 69
3.3.2 补码一位除法 73
3.3.3 阵列除法器 74
3.4 定点运算器的组成和结构 74
3.4.1 运算器与其他部件的关系 75
3.4.2 定点运算器的功能和组成 75
3.5 浮点算术运算方法和浮点
运算器 82
3.5.1 浮点加减运算 82
3.5.2 浮点乘除运算 85
3.5.3 浮点运算器实例 86
3.6 本章小结 87
3.7 习题 88
第4章 存储器及存储系统 93
4.1 存储器概述 94
4.1.1 存储器的分类 95
4.1.2 存储器的分级结构 97
4.2 主存储器 98
4.2.1 主存储器技术指标 98
4.2.2 主存储器基本组成 100
4.2.3 主存储器基本操作 101
4.3 半导体存储器芯片 102
4.3.1 SRAM存储器 102
4.3.2 DRAM存储器 107
4.3.3 只读存储器和闪速存储器 110
4.4 主存储器组织 114
4.4.1 存储器与CPU的连接 114
4.4.2 高速缓冲存储器 118
4.4.3 多体交叉存储器 123
4.4.4 虚拟存储器 125
4.4.5 提高主存读写速度的技术 131
4.5 存储保护 134
4.5.1 存储区域保护 134
4.5.2 访问方式保护 135
4.6 本章小结 136
4.7 习题 137
第5章 指令系统 145
5.1 指令系统的发展与性能 145
5.1.1 指令系统的发展 145
5.1.2 指令系统的性能要求 147
5.2 指令的格式 148
5.2.1 指令操作码与地址码 148
5.2.2 指令字长与扩展方法 151
5.2.3 指令格式举例 153
5.3 寻址方式 155
5.3.1 指令的寻址方式 155
5.3.2 操作数的寻址方式 156
5.4 指令的分类与高级语言 161
5.4.1 指令系统的分类 161
5.4.2 指令系统与高级语言 164
5.5 典型指令系统 165
5.5.1 PDP-11和VAX-11
系列机指令系统 165
5.5.2 Pentium II计算机的指令
系统 167
5.6 本章小结 170
5.7 习题 170
第6章 中央处理器 177
6.1 CPU的总体结构 178
6.1.1 CPU的功能与组成 178
6.1.2 操作控制器与时序产生器 181
6.2 指令的执行与时序产生器 181
6.2.1 指令周期 181
6.2.2 时序产生器 190
6.2.3 CPU的控制方式 192
6.3 微程序设计技术与微程序
控制器 193
6.3.1 微程序设计技术 193
6.3.2 微程序控制器 200
6.4 硬布线控制器与门阵列
控制器 202
6.4.1 硬布线控制器 202
6.4.2 PLA逻辑控制原理 203
6.5 传统CPU 203
6.5.1 Intel 8088 CPU 204
6.5.2 IBM 370系列CPU 205
6.6 流水CPU 207
6.6.1 并行处理技术 207
6.6.2 流水CPU的结构 207
6.6.3 流水线的主要问题 210
6.7 RISC CPU 213
6.7.1 RISC机器的特点 213
6.7.2 RISC CPU实例 214
6.8 CPU新技术 215
6.8.1 多媒体CPU MMX技术 215
6.8.2 超线程技术 216
6.8.3 双核与多核技术 217
6.8.4 未来CPU的发展趋势 219
6.9 本章小结 219
6.10 习题 220
第7章 总线系统 225
7.1 总线的概念和结构 225
7.1.1 总线的基本概念 226
7.1.2 总线的连接方式 228
7.1.3 总线的内部结构 231
7.1.4 总线结构举例 233
7.2 总线的控制、数据传输
和接口 234
7.2.1 总线的控制 235
7.2.2 总线的数据传输方式 238
7.2.3 总线的接口 239
7.3 常用总线举例 241
7.3.1 总线结构类型 241
7.3.2 标准接口类型 244
7.4 InfiniBand标准 245
7.4.1 InfiniBand的体系结构 245
7.4.2 InfiniBand的通信协议 246
7.5 本章小结 248
7.6 习题 249
第8章 输入输出系统 251
8.1 信息交换的控制方式 252
8.1.1 外部设备与主机的
连接方式 252
8.1.2 外部设备的编址方式 253
8.1.3 I/O组织与外设接口 254
8.2 程序查询方式 257
8.2.1 程序查询输入输出方式 257
8.2.2 程序查询方式的接口 258
8.3 程序中断方式 258
8.3.1 中断的基本概念 258
8.3.2 CPU响应中断的条件 260
8.3.3 中断处理 263
8.3.4 单级中断与多级中断 264
8.3.5 程序中断方式的基本接口 268
8.4 DMA方式 269
8.4.1 DMA的基本概念 269
8.4.2 DMA传输方式 269
8.4.3 基本的DMA控制器 271
8.4.4 选择型和多路型DMA
控制器 274
8.5 I/O通道方式 275
8.5.1 通道的基本概念 275
8.5.2 通道的类型 276
8.5.3 通道结构的发展 278
8.6 通用I/O接口标准 278
8.6.1 并行I/O标准接口SCSI 278
8.6.2 串行I/O标准接口
IEEE 1394 279
8.7 本章小结 281
8.8 习题 282
第9章 计算机外部设备 287
9.1 计算机外部设备概述 288
9.1.1 外部设备的一般功能
及分类 288
9.1.2 外部设备的特点 290
9.2 输入设备 291
9.2.1 键盘 291
9.2.2 鼠标 291
9.2.3 扫描仪 292
9.2.4 数码相机 293
9.2.5 其他输入设备 294
9.3 打印输出设备 296
9.3.1 点阵针式打印机 296
9.3.2 激光打印机 298
9.3.3 喷墨打印机 300
9.3.4 彩色热感应式打印机 301
9.4 显示设备 302
9.4.1 CRT显示器 304
9.4.2 液晶显示设备 310
9.4.3 其他显示技术 312
9.5 磁表面存储器 313
9.5.1 磁记录原理与记录方式 313
9.5.2 软磁盘存储器 318
9.5.3 硬盘存储器 322
9.5.4 磁盘阵列 328
9.6 光盘存储器 330
9.6.1 光盘存储器类型 331
9.6.2 只读型光盘存储器 332
9.6.3 一次写入型光盘存储器 333
9.6.4 磁光盘存储器 334
9.7 新型辅助存储器 334
9.7.1 大容量可移动存储器 334
9.7.2 闪存卡和USB电子盘 335
9.8 通信与网络设备 336
9.8.1 调制解调器 336
9.8.2 网络接口卡 338
9.8.3 网络互联设备 339
9.9 本章小结 341
9.10 习题 342
第10章 计算机系统及发展 345
10.1 计算机系统基本概念 345
10.1.1 计算机系统结构定义 346
10.1.2 计算机组成与实现 346
10.1.3 计算机系统的分类 347
10.1.4 如何提高计算机系统
的运算速度 348
10.1.5 开放系统 348
10.2 并行计算机系统 349
10.2.1 片内并行 350
10.2.2 协处理器 354
10.2.3 多计算机系统 355
10.2.4 网格计算 357
10.3 新一代计算机 359
10.4 本章小结 362
10.5 习题 362
参考文献 363