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1 计算机系统概述1

1.1 计算机系统的硬件结构1

1.1.1 冯·诺依曼计算机结构1

1.1.2 现代计算机结构2

1.1.3 计算机硬件的典型结构3

1.1.4 计算机各大功能部件简介6

1.2 计算机的工作过程9

1.3 计算机的软件系统11

1.4 计算机系统的层次结构12

1.4.1 计算机的层次结构12

1.4.2 软件与硬件的逻辑等价性14

1.5 系统结构的评价标准14

1.5.1 计算机系统的性能指标14

1.5.2 计算机的成本与价格15

习题16

2 计算机逻辑部件17

2.1 寄存器17

2.1.1 基本寄存器17

2.1.2 移位寄存器18

2.1.3 常用寄存器19

2.2 计数器20

2.2.1 二进制计数器20

2.2.2 非二进制计数器23

2.2.3 典型计数器举例25

2.3 编码器和译码器25

2.3.1 编码器25

2.3.2 译码器27

2.3.3 典型译码器举例28

2.4 总线缓冲器和总线控制器29

2.4.1 三态电路29

2.4.2 总线缓冲器30

2.4.3 总线控制器30

2.4.4 微型机中的总线系统30

2.5 时钟发生器31

2.5.1 时序的概念31

2.5.2 时序部件及控制方式33

习题35

3 运算方法与运算器36

3.1 数的小数点表示方法36

3.1.1 定点数的表示方法36

3.1.2 浮点数的表示方法36

3.2 带符号数的表示方法37

3.2.1 原码的表示方法38

3.2.2 补码的表示方法38

3.2.3 反码的表示方法39

3.2.4 移码的表示方法40

3.2.5 真值的四种机器数表示方法——原码、补码、反码和移码40

3.3 运算器40

3.3.1 半加器与全加器40

3.3.2 串行加法器与并行加法器41

3.3.3 算术逻辑单元(ALU)43

3.4 定点加减法运算45

3.4.1 原码加减法45

3.4.2 补码加减法45

3.4.3 溢出及判别方法48

3.5 定点乘法运算49

3.5.1 原码一位乘法49

3.5.2 补码一位乘法52

3.5.3 补码二位乘法54

3.6 定点除法运算55

3.6.1 原码一位除法56

3.6.2 补码一位除法59

3.7 浮点算术运算60

3.7.1 浮点加减法运算61

3.7.2 浮点乘除法运算62

习题64

4 存储器系统65

4.1 存储器的基本知识65

4.1.1 存储器的分类65

4.1.2 主存储器的基本结构68

4.1.3 存储器的层次结构71

4.2 半导体存储器73

4.2.1 主存储器的主要技术指标73

4.2.2 动态半导体存储器的刷新74

4.2.3 半导体存储器的组成及寻址76

4.2.4 半导体存储器与CPU的连接79

4.2.5 半导体存储器的设计步骤79

4.3 并行主存储器81

4.4 高速缓冲存储器83

4.4.1 高速缓冲存储器的基本结构83

4.4.2 高速缓冲存储器的读写操作85

4.4.3 替换算法85

4.5 虚拟存储器86

4.5.1 页式虚拟存储器86

4.5.2 段式虚拟存储器88

4.5.3 段页式虚拟存储器89

4.6 存储保护89

4.6.1 存储区域保护89

4.6.2 访问方式保护91

习题91

5 指令系统94

5.1 指令系统94

5.1.1 指令系统的发展94

5.1.2 对指令系统的要求95

5.2 指令格式95

5.2.1 指令格式96

5.2.2 操作码的编码98

5.3 寻址方式99

5.3.1 隐含寻址99

5.3.2 立即寻址100

5.3.3 直接寻址100

5.3.4 寄存器寻址100

5.3.5 间接寻址100

5.3.6 变址寻址101

5.3.7 相对寻址102

5.3.8 基址寻址102

5.4 指令的分类103

5.4.1 数据传送指令103

5.4.2 算术逻辑运算指令103

5.4.3 移位指令104

5.4.4 字符串处理指令104

5.4.5 转移类指令104

5.4.6 堆栈及堆栈操作指令105

5.4.7 输入/输出(I/O)指令106

5.4.8 浮点运算指令106

5.4.9 向量与多处理机指令106

5.4.10 控制指令107

5.5 精简指令系统计算机RISC107

5.5.1 CISC与RISC107

5.5.2 RISC的特点108

习题109

6 控制器111

6.1 中央处理器的功能与组成111

6.1.1 中央处理器的功能112

6.1.2 中央处理器的结构框图113

6.2 控制器的功能与结构116

6.2.1 控制器的功能116

6.2.2 控制器的结构框图118

6.3 时序121

6.3.1 时序控制方式121

6.3.2 多级时序的建立123

6.3.3 典型的指令周期125

6.4 微程序控制器127

6.4.1 微程序控制器的基本概念127

6.4.2 微程序控制器组成原理128

6.4.3 微程序控制器的设计技术130

6.5 组合逻辑控制器133

6.6 PLA逻辑控制器135

6.7 系统总线138

6.7.1 总线结构138

6.7.2 总线的控制方式140

6.7.3 总线的通信方式144

习题145

7 输入输出系统146

7.1 概述146

7.1.1 I/O系统的功能和组成146

7.1.2 输入输出设备的寻址方式147

7.1.3 输入输出指令148

7.1.4 输入输出接口148

7.2 主机与外设的数据传送方式149

7.2.1 程序查询方式149

7.2.2 程序中断方式149

7.2.3 DMA输入输出方式153

7.2.4 通道方式158

7.2.5 不同传送方式的比较160

7.3 外围设备161

7.3.1 输入设备162

7.3.2 显示器164

7.3.3 打印机167

7.3.4 磁盘存储器168

习题174

8 计算机系统结构175

8.1 标量流水技术175

8.1.1 控制流及其改变175

8.1.2 标量流水工作原理176

8.1.3 流水操作中的主要障碍180

8.1.4 流水的实现与控制183

8.1.5 先进的流水技术198

8.2 向量流水处理204

8.2.1 向量流水处理204

8.2.2 向量流水机的基本系统结构204

8.2.3 向量操作长度控制和向量访问步长212

8.2.4 向量处理方法215

8.2.5 增强向量处理性能的方法216

8.2.6 向量处理性能220

8.2.7 向量化编译技术221

8.3 并行处理与多处理机系统222

8.3.1 并行性的概念222

8.3.2 并行处理机223

8.3.3 多处理机系统226

习题238

9 计算机系统结构的发展方向244

9.1 数据流计算机244

9.1.1 数据流计算机的基本原理244

9.1.2 数据流图与数据流程序248

9.1.3 数据流计算机分类253

9.1.4 数据流计算机的性能分析257

9.2 数据库机与知识库机260

9.2.1 数据库机与知识库机模型260

9.2.2 数据库机与知识库机系统结构262

9.2.3 典型的数据库机与知识库机263

9.3 归约机266

9.3.1 函数式语言266

9.3.2 归约机的结构特点268

9.3.3 归约机分类270

习题272

参考文献274