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第1章 计算机系统1

1.1 计算机的产生和发展1

1.1.1 发展经历1

1.1.2 新一代计算机2

1.1.3 发展方向3

1.2 计算机的分类及应用4

1.2.1 计算机的分类4

1.2.2 计算机的应用4

1.3 计算机的硬件系统5

1.3.1 体系结构5

1.3.2 主要部件6

1.3.3 性能指标11

1.4 计算机的软件系统12

1.4.1 系统软件12

1.4.2 应用软件13

1.4.3 计算机语言13

思考题与习题17

第2章 计算机数据表示18

2.1 数值数据的表示18

2.1.1 进位计数制及互相转换18

2.1.2 原码、反码和补码的表示23

2.2 非数值数据的表示27

2.2.1 信息编码27

2.2.2 字符数据27

2.2.3 逻辑数据28

2.2.4 汉字的表示方法29

2.2.5 语音的表示方法31

2.2.6 图像的表示方法31

2.2.7 图形的表示方法32

2.3 校验32

2.3.1 奇偶校验码32

2.3.2 海明校验码32

2.3.3 循环冗余校验码33

思考题与习题36

第3章 数字逻辑基础38

3.1 逻辑代数初步38

3.1.1 逻辑代数的基本运算38

3.1.2 逻辑代数的运算法则42

3.1.3 逻辑表达式的化简43

3.2 逻辑电路44

3.2.1 3种基本逻辑电路44

3.2.2 4种组合逻辑电路46

3.3 触发器48

3.3.1 R-S触发器49

3.3.2 D触发器49

3.3.3 J-K触发器51

3.4 加法器52

3.4.1 半加器52

3.4.2 全加器53

3.4.3 逐位进位加法器54

3.4.4 基本的二进制加法／减法器54

3.4.5 基本的十进制加法器54

3.5 寄存器57

3.5.1 基本寄存器57

3.5.2 移位寄存器58

3.6 计数器60

3.6.1 行波计数器60

3.6.2 同步计数器61

3.6.3 环形计数器61

3.6.4 程序计数器62

3.7 累加器62

思考题与习题62

第4章 运算方法和运算器64

4.1 定点加减法运算64

4.1.1 原码加法运算64

4.1.2 补码加法运算65

4.1.3 补码减法运算67

4.1.4 补码加法、减法运算规则和实例68

4.1.5 反码加法、减法运算69

4.1.6 溢出判断与检测69

4.1.7 定点加减法的实现71

4.2 移位运算72

4.2.1 逻辑移位72

4.2.2 循环移位72

4.2.3 算术移位73

4.2.4 使用注意74

4.3 定点乘法运算76

4.3.1 定点原码一位乘76

4.3.2 定点原码一位乘相加算法77

4.3.3 定点原码一位乘的实现82

4.3.4 定点补码一位乘82

4.3.5 定点补码一位乘的实现87

4.4 定点除法运算87

4.4.1 原码一位除法87

4.4.2 补码一位除法94

4.5 浮点算术运算97

4.5.1 浮点加法和减法97

4.5.2 举例101

4.5.3 浮点乘法运算106

4.5.4 浮点除法运算106

4.6 逻辑运算107

4.6.1 非运算107

4.6.2 与运算107

4.6.3 或运算107

4.6.4 异或运算108

4.7 运算器的组成和结构108

4.7.1 加法器108

4.7.2 多功能算术／逻辑运算单元109

4.7.3 运算器的基本结构113

思考题与习题115

第5章 指令系统116

5.1 计算机的指令系统116

5.1.1 指令集116

5.1.2 指令格式116

5.2 指令结构及分类120

5.2.1 CISC和RISC120

5.2.2 常规指令类型121

5.3 寻址124

5.3.1 寻址的概念125

5.3.2 寻址方式125

5.3.3 操作数的寻址方式126

思考题与习题132

第6章 中央处理器133

6.1 中央处理器的功能和组成133

6.1.1 中央处理器的功能133

6.1.2 中央处理器的组成134

6.1.3 运算器136

6.1.4 控制器136

6.1.5 组成CPU的三部件137

6.2 指令周期138

6.2.1 预备知识138

6.2.2 指令周期的基本概念138

6.2.3 非访内指令的指令周期140

6.2.4 直接访内指令的指令周期142

6.2.5 间接访内指令的指令周期144

6.2.6 程序控制指令的指令周期146

6.3 组合逻辑控制器147

6.3.1 组合逻辑控制器的原理147

6.3.2 组合逻辑控制器举例149

6.4 微程序控制器151

6.4.1 微程序逻辑控制器的基本思想151

6.4.2 微程序设计的几个基本概念152

6.4.3 微指令控制字段的组合方法153

6.4.4 微指令下地址控制字段设计方法154

6.4.5 微指令的执行过程155

6.5 PLA控制器155

6.5.1 PLA的基本原理155

6.5.2 PLA控制器156

6.6 CPU的设计157

6.6.1 设计原则157

6.6.2 设计指导思想157

6.6.3 硬布线控制器设计161

6.6.4 微程序设计162

6.6.5 微程序设计与硬布线逻辑设计的比较166

6.6.6 流水线技术167

6.7 多核处理器169

6.7.1 概念169

6.7.2 多核处理器结构170

思考题与习题171

第7章 存储系统172

7.1 基础知识172

7.1.1 存储器与存储系统172

7.1.2 存储器的作用和性能指标173

7.1.3 存储器的分类174

7.2 存储器组成结构177

7.2.1 主存储器177

7.2.2 半导体存储器178

7.2.3 多体交叉存储器和双端口存储器183

7.2.4 外存储器184

7.2.5 虚拟存储器189

7.2.6 高速缓冲存储器192

7.2.7 虚拟存储和Cache198

7.3 存储器的分级结构198

7.3.1 层次体系结构的概念198

7.3.2 主存-辅存层次199

7.3.3 高速缓存-主存-辅存层次199

7.3.4 多级存储系统200

7.4 存储器阵列和存储器操作201

7.4.1 存储器阵列201

7.4.2 地址译码操作202

7.4.3 存储器的读写操作205

7.5 存储器芯片的组合206

7.5.1 存储器芯片的内部组织206

7.5.2 存储器芯片的组合207

7.5.3 位并联208

7.5.4 字串联208

7.5.5 字位同时扩展209

7.5.6 需求芯片的计算209

7.5.7 存储器芯片组合设计示例209

7.5.8 地址复用技术212

思考题与习题212

第8章 总线及I/O系统214

8.1 总线概述214

8.1.1 总线的基本概念214

8.1.2 微型计算机总线的层次结构216

8.1.3 总线性能指标216

8.2 总线的组成结构和物理实现218

8.2.1 总线的组成218

8.2.2 总线的结构218

8.2.3 内部总线和外部总线220

8.2.4 单向传送总线和双向传送总线220

8.2.5 总线的数据传送方式221

8.2.6 总线的物理实现222

8.3 总线仲裁和总线通信223

8.3.1 总线仲裁的意义223

8.3.2 总线仲裁的方式223

8.3.3 错误检测225

8.3.4 总线定时226

8.3.5 总线通信226

8.4 总线接口和总线标准228

8.4.1 总线接口228

8.4.2 接口的分类229

8.4.3 总线标准230

8.5 I/O系统231

8.5.1 I/O设备232

8.5.2 I/O接口242

8.5.3 编程控制的输入／输出245

8.5.4 程序中断方式248

8.5.5 DMA方式255

8.5.6 通道方式261

8.5.7 输入／输出处理器265

8.5.8 输入／输出系统的发展266

思考题与习题267

参考文献269