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第1章 概述1

1.1计算机系统的基本组成及其层次结构1

1.2计算机的体系结构、组成和实现6

1.3计算机发展进步与拓展应用的历程8

1.4课程的教学目标和学习建议11

本章小结11

思考练习题12

第2章 数字电路基础和计算机中的逻辑部件13

2.1数字电路基础13

2.1.1半导体材料和晶体二极管简介13

2.1.2双极型三极管的结构及其伏安特性15

2.1.3MOS管的结构及其伏安特性16

2.2基本逻辑门和布尔代数知识基础17

2.2.1最基本的逻辑门电路17

2.2.2布尔代数知识基础19

2.3组合逻辑电路及其应用26

2.3.1基本逻辑门26

2.3.2三态门26

2.3.3数据选择器30

2.3.4译码器和编码器31

2.3.5组合逻辑电路应用举例33

2.4时序逻辑电路及其应用36

2.4.1基本R-S触发器36

2.4.2D型触发器与寄存器、计数器器件37

2.4.3时序逻辑电路应用举例42

2.5现场可编程器件及其应用49

2.5.1现场可编程器件概述49

2.5.2通用可编程器件GAL20V8的内部结构及其编程使用50

2.5.3MACH器件的内部结构与编程使用52

2.5.4FPGA器件及其在实现CPU功能中的应用58

2.6几个专用功能器件和存储器芯片的引脚图59

本章小结61

思考练习题61

3.1数字化信息编码的概念和二进制编码知识62

3.1.1数字化信息编码的概念62

第3章 数据表示、数据运算算法和逻辑电路实现62

3.1.2二进制编码和码制转换63

3.1.3检错纠错码69

3.2数据表示——常用的信息编码73

3.2.1逻辑类型数据的表示73

3.2.2字符类型数据的表示74

3.2.3数值类型数据的表示76

3.3二进制数值数据的编码与运算算法82

3.3.1原码、反码、补码的定义82

3.3.2补码加、减运算规则和电路实现88

3.3.3原码一位乘法的实现算法和电路实现90

3.3.4原码一位除法的实现算法和电路实现92

3.3.5补码一位乘法、除法和其他快速乘除法的实现思路95

思考练习题97

本章小结97

第4章 计算机中的运算器部件99

4.1运算器部件概述99

4.2定点运算器部件的功能、组成与设计101

4.2.1定点运算器部件概述101

4.2.2位片结构的运算器芯片Am2901102

4.2.3教学计算机运算器的设计与实现实例107

4.3浮点运算与浮点运算器113

4.3.1浮点数的运算规则113

4.3.2浮点运算器举例120

4.4当前流行的计算机中的运算器部件概述124

思考练习题125

本章小结125

第5章 指令、指令系统和汇编语言程序设计127

5.1指令格式和指令系统概述127

5.1.1操作码的组织与编码128

5.1.2有关操作数的个数、来源、去向和地址安排129

5.1.3关于指令的分类130

5.2寻址方式概述与应用实例132

5.2.1基本寻址方式概述132

5.2.2寻址方式应用举例135

5.3指令系统和汇编语言程序设计举例137

5.3.1教学计算机的指令系统说明138

5.3.2教学计算机的汇编程序设计举例144

思考练习题151

本章小结151

第6章 计算机的控制器部件153

6.1控制器的功能、组成与指令执行步骤153

6.1.1控制器部件的功能及其组成153

6.1.2指令的执行步骤154

6.2硬连线控制器部件158

6.2.1硬连线控制器的组成和运行原理简介159

6.2.2教学计算机的硬连线控制器的组成、设计与实现实例161

6.3微程序控制器部件180

6.3.1微程序控制器的基本组成和工作原理180

6.3.2微程序设计中的下地址形成逻辑的硬件技术182

6.3.3教学计算机微程序控制器的组成、设计与实现实例185

思考练习题195

本章小结195

第7章 多级结构的存储器系统概述和主存储器197

7.1多级结构的存储器系统概述197

7.2主存储器部件的组成与设计199

7.2.1主存储器概述199

7.2.2动态存储器的记忆原理和读写过程201

7.2.3静态存储器的存储原理和芯片内部结构204

7.3教学计算机的内存储器实例206

7.4提高存储器系统性能的可行途径210

本章小结212

思考练习题213

第8章 高速缓冲存储器和虚拟存储器214

8.1高速缓冲存储器214

8.1.1高速缓冲存储器的运行原理215

8.1.2高速缓冲存储器的3种映像方式216

8.1.3高速缓冲存储器使用中的几个问题219

8.2虚拟存储器部件224

8.2.1虚拟存储器概述224

8.2.2段式存储管理224

8.2.3页式存储管理226

本章小结229

思考练习题229

第9章 辅助存储器设备与磁盘阵列技术230

9.1外部存储设备概述230

9.2磁盘设备的组成与运行原理233

9.3光盘设备的组成与运行原理240

9.4磁盘阵列技术与容错支持241

本章小结245

思考练习题245

第10章 输入输出设备246

10.1输入输出设备概述246

10.1.1设备简介246

10.1.2点阵式设备运行原理概述247

10.2显示器设备的组成和运行原理249

10.2.1显示器设备概述249

10.2.2CRT阴极射线管的组成和运行原理250

10.2.3CRT字符显示器的组成和运行原理251

10.2.4CRT图形显示器254

10.2.5液晶显示器的组成和运行原理255

10.2.6计算机终端256

10.3打印机设备的组成与运行原理256

10.3.1针式打印机的组成及其打印过程257

10.3.2喷墨打印机的组成及其打印过程259

10.3.3激光打印机的组成及其打印过程260

10.4计算机的输入设备262

10.4.1计算机键盘的组成和运行原理262

10.4.2鼠标设备264

本章小结264

思考练习题264

11.1计算机输入输出系统概述266

第11章 输入输出系统266

11.2计算机总线的功能与组成268

11.2.1计算机总线概述268

11.2.2计算机总线构成269

11.2.3总线仲裁和数据传输控制271

11.2.4教学计算机的总线系统实例272

11.3输入输出接口概述275

11.3.1计算机输入输出接口的基本功能275

11.3.2通用可编程接口的一般组成275

11.3.3串行接口实例276

11.4常用的输入输出方式概述281

11.4.1常用的输入输出方式281

11.4.2中断的概念和中断处理过程283

11.4.3DMA的概念和DMA处理过程287

本章小结289

思考练习题290

第12章 流水线技术291

12.1流水线的基本概念291

12.1.1流水线简介291

12.1.2流水线的表示方法294

12.1.3流水线的特点295

12.1.4流水线的分类方法296

12.2流水线的性能指标298

12.2.1流水线的吞吐率299

12.2.2流水线的加速比301

12.2.3流水线的效率302

12.3.1DLX指令集结构介绍303

12.2.4流水线的最佳段数303

12.3DLX指令集与DLX流水线303

12.3.2DLX的一种简单实现305

12.3.3DLX流水线的实现原理308

12.4流水线中的相关问题310

12.4.1结构相关311

12.4.2数据相关312

12.4.3控制相关319

12.5指令级并行技术324

12.5.1基本概念324

12.5.2多指令发射技术324

思考练习题328

本章小结328

13.1计算机体系结构概述330

13.1.1计算机体系结构的发展330

13.1.2计算机体系结构的分类330

第13章 并行计算机体系结构330

13.2并行计算机系统概述333

13.2.1并行计算机系统分类333

13.2.2并行性、可扩展性和可编程性335

13.3并行计算机系统的设计问题336

13.3.1并行计算机系统的互联网络336

13.3.2并行计算机系统的性能问题342

13.3.3并行计算机系统的软件问题344

13.4.1阵列处理机345

13.4SIMD计算机简介345

13.4.2向量处理机346

13.5共享内存的多处理机系统348

13.5.1一致性内存访问的UMA多处理机系统349

13.5.2非一致性内存访问的NUMA多处理机系统356

13.6基于消息传递的多计算机系统357

13.6.1大规模并行处理机360

13.6.2工作站集群360

13.6.3消息传递软件包361

本章小结363

思考练习题363

参考文献365