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第1章 概论1

1.1电子计算机与存储程序控制1

1.1.1电子计算机的发展1

1.1.2存储程序概念2

1.2计算机的硬件组成3

1.2.1计算机的主要部件3

1.2.2计算机各大部件之间连接4

1.2.3不同对象观察到的计算机硬件系统6

1.2.4冯·诺依曼结构和哈佛结构的存储器设计思想7

1.3计算机系统8

1.3.1硬件与软件的关系8

1.3.2系列机和软件兼容9

1.3.3计算机系统的多层次结构9

1.3.4实际机器和虚拟机器10

1.4计算机的工作过程和主要性能指标11

1.4.1计算机的工作过程11

1.4.2计算机的主要性能指标12

习题14

第2章 数据的机器层次表示15

2.1数值数据的表示15

2.1.1计算机中的数值数据15

2.1.2无符号数和带符号数15

2.1.3原码表示法16

2.1.4补码表示法17

2.1.5反码表示法18

2.1.6 3种机器数的比较与转换19

2.2机器数的定点表示与浮点表示20

2.2.1定点表示法20

2.2.2浮点表示法22

2.2.3浮点数阶码的移码表示法24

2.2.4浮点数尾数的基数25

2.2.5 IEEE 754标准浮点数26

2.2.6定点、浮点表示法与定点、浮点计算机28

2.3非数值数据的表示29

2.3.1字符和字符串的表示29

2.3.2汉字的表示30

2.3.3统一代码32

2.4十进制数和数串的表示34

2.4.1十进制数的编码34

2.4.2十进制数串35

2.5不同类型的数据表示举例36

2.5.1 C语言中的数据表示36

2.5.2现代微型计算机系统中的数据表示37

2.6数据校验码39

2.6.1奇偶校验码40

2.6.2汉明校验码41

2.6.3循环冗余校验码44

习题46

第3章 指令系统49

3.1指令格式49

3.1.1机器指令的基本格式49

3.1.2地址码结构50

3.1.3指令的操作码52

3.2寻址技术54

3.2.1编址方式54

3.2.2指令寻址和数据寻址55

3.2.3基本的数据寻址方式56

3.2.4变型或组合寻址方式61

3.3堆栈与堆栈操作63

3.3.1堆栈结构63

3.3.2堆栈操作64

3.4指令类型65

3.4.1数据传送类指令65

3.4.2运算类指令66

3.4.3程序控制类指令67

3.4.4输入输出类指令69

3.4.5 80x86指令系统举例69

3.5指令系统的发展72

3.5.1 x86架构的扩展指令集72

3.5.2从复杂指令系统到精简指令系统74

3.5.3 VLIW和EPIC74

习题75

第4章 数值的机器运算79

4.1基本算术运算的实现79

4.1.1加法器79

4.1.2进位的产生和传递80

4.1.3并行加法器的快速进位81

4.2定点加减运算83

4.2.1原码加减运算83

4.2.2补码加减运算84

4.2.3补码的溢出判断与检测方法86

4.2.4补码定点加减运算的实现88

4.3带符号数的移位和舍入操作89

4.3.1带符号数的移位操作89

4.3.2带符号数的舍入操作90

4.4定点乘法运算91

4.4.1原码一位乘法91

4.4.2补码一位乘法93

4.4.3补码两位乘法96

4.4.4阵列乘法器97

4.5定点除法运算98

4.5.1原码除法运算98

4.5.2补码除法运算102

4.5.3阵列除法器105

4.6规格化浮点运算105

4.6.1浮点加减运算105

4.6.2浮点乘除运算108

4.6.3浮点运算器的实现109

4.7十进制整数的加法运算109

4.7.1一位十进制加法运算109

4.7.2十进制加法器111

4.7.3多位十进制加法112

4.8逻辑运算与实现113

4.9运算器的基本组成与实例114

4.9.1运算器结构114

4.9.2 ALU举例116

4.9.3浮点运算器举例118

习题120

第5章 存储系统和结构122

5.1存储系统的组成122

5.1.1存储器分类122

5.1.2存储系统层次结构124

5.2主存储器的组织125

5.2.1主存储器的基本结构125

5.2.2主存储器的存储单元126

5.2.3主存储器的主要技术指标127

5.2.4数据在主存中的存放128

5.3半导体随机存储器和只读存储器129

5.3.1 RAM记忆单元电路129

5.3.2动态RAM的刷新132

5.3.3 RAM芯片分析134

5.3.4半导体只读存储器137

5.3.5半导体存储器的封装138

5.4主存储器的连接与控制139

5.4.1主存容量的扩展139

5.4.2存储芯片的地址分配和片选141

5.4.3主存储器和CPU的连接143

5.4.4主存的校验144

5.4.5 PC系列微型计算机的存储器接口145

5.5提高主存读写速度的技术149

5.5.1主存与CPU速度的匹配149

5.5.2 FPM DRAM150

5.5.3 ED（） DRAM150

5.5.4 SDRAM151

5.5.5 DDR SDRAM151

5.5.6 DDR2、DDR3和DDR4 SDRAM152

5.5.7 Rambus DRAM153

5.5.8多通道内存技术154

5.6多体交叉存储技术155

5.6.1并行访问存储器155

5.6.2交叉访问存储器155

5.7高速缓冲存储器156

5.7.1高速缓存工作原理156

5.7.2 Cache的读写操作157

5.7.3地址映像158

5.7.4替换算法159

5.7.5更新策略160

5.7.6 PC机中Cache技术的实现160

5.8虚拟存储器161

5.8.1虚拟存储器的基本概念161

5.8.2页式虚拟存储器161

5.8.3段式虚拟存储器162

5.8.4段页式虚拟存储器163

5.8.5快表与慢表163

习题164

第6章 中央处理器167

6.1中央处理器的功能和组成167

6.1.1 CPU的功能167

6.1.2 CPU中的主要寄存器167

6.1.3 CPU的组成169

6.1.4 CPU的主要技术参数170

6.2控制器的组成和实现方法172

6.2.1控制器的基本组成172

6.2.2控制器的硬件实现方法174

6.3时序系统与控制方式175

6.3.1时序系统175

6.3.2控制方式177

6.3.3指令运行的基本过程178

6.3.4指令的微操作序列179

6.4微程序控制原理181

6.4.1微程序控制的基本概念181

6.4.2微指令编码法182

6.4.3微程序控制器的组成和工作过程184

6.4.4微程序入口地址的形成185

6.4.5后继微地址的形成186

6.4.6微程序设计187

6.5控制单元的设计189

6.5.1简单的CPU模型189

6.5.2组合逻辑控制单元设计192

6.5.3微程序控制单元设计196

6.6流水线技术198

6.6.1重叠控制199

6.6.2先行控制原理200

6.6.3流水工作原理201

6.7精简指令系统计算机203

6.7.1 RISC的特点和优势203

6.7.2 RISC基本技术204

6.8微处理器中的新技术205

6.8.1超标量和超流水线技术205

6.8.2 EPIC的指令级并行处理206

6.8.3超线程技术206

6.8.4双核与多核技术207

习题209

第7章 总线212

7.1总线概述212

7.1.1总线的基本概念212

7.1.2总线的分类213

7.1.3总线的组成及性能指标214

7.2总线仲裁216

7.2.1集中仲裁方式216

7.2.2分布仲裁方式218

7.3总线定时控制218

7.3.1同步定时方式218

7.3.2异步定时方式219

7.4总线标准219

7.4.1系统总线标准220

7.4.2外部总线标准221

习题224

第8章 外部设备226

8.1外部设备概述226

8.1.1外部设备的分类226

8.1.2外部设备的地位和作用227

8.2磁介质存储器的性能和原理228

8.2.1磁介质存储器的读写228

8.2.2磁介质存储器的技术指标229

8.2.3数字磁记录方式230

8.2.4编码方式的比较233

8.3磁介质存储设备234

8.3.1硬盘存储器的基本结构与分类234

8.3.2硬盘驱动器234

8.3.3硬盘的信息分布和磁盘地址235

8.3.4硬盘存储器的技术参数236

8.3.5硬盘的分区域记录238

8.3.6硬盘的NCQ技术239

8.3.7软磁盘存储器239

8.4磁盘阵列240

8.4.1 RAID简介240

8.4.2 RAID的分级241

8.5光盘存储器242

8.5.1光盘存储器的类型242

8.5.2光盘存储器的组成及工作原理243

8.5.3光盘驱动器246

8.6新型辅助存储器248

8.6.1基于磁或磁光介质的可移动存储器248

8.6.2基于电子器件的存储器250

8.7键盘输入设备252

8.7.1键开关与键盘类型252

8.7.2键盘扫描253

8.7.3微型计算机键盘254

8.8其他输入设备256

8.8.1鼠标器256

8.8.2其他定位设备257

8.8.3扫描仪257

8.9打印输出设备259

8.9.1打印机概述259

8.9.2打印机的主要性能指标260

8.9.3针式打印机工作原理261

8.9.4喷墨打印机工作原理263

8.9.5激光打印机工作原理264

8.10显示设备265

8.10.1显示器概述265

8.10.2 CRT显示器265

8.10.3字符显示器的工作原理269

8.10.4图形显示器的工作原理271

8.10.5 LCD显示器273

8.10.6视频显示标准275

8.10.7微型计算机的显示适配器276

习题276

第9章 输入输出系统279

9.1主机与外设的连接279

9.1.1输入输出接口279

9.1.2接口的功能和基本组成280

9.1.3外设的识别与端口寻址282

9.1.4输入输出信息传送控制方式283

9.2程序查询方式及其接口284

9.2.1程序查询方式285

9.2.2程序查询方式接口286

9.3中断系统和程序中断方式288

9.3.1中断的基本概念288

9.3.2中断请求和中断判优290

9.3.3中断响应和中断处理293

9.3.4多重中断与中断屏蔽296

9.3.5中断全过程300

9.3.6程序中断接口结构300

9.4 DMA方式及其接口301

9.4.1 DMA方式的基本概念301

9.4.2 DMA接口303

9.4.3 DMA传送方法与传送过程305

9.5通道控制方式307

9.5.1通道的基本概念307

9.5.2通道的类型与结构308

9.5.3通道程序311

9.5.4通道工作过程313

习题313

索引316

参考文献326