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第1章 绪论1

1.1 计算机的诞生与发展1

1.1.1 计算机发展简史1

1.1.2 微机发展简史3

1.1.3 我国的计算机事业6

1.1.4 计算机的发展方向7

1.2 计算机的分类及特点8

1.2.1 计算机的分类8

1.2.2 计算机的特点9

1.3 计算机系统10

1.3.1 存储程序原理11

1.3.2 计算机硬件的基本组成12

1.3.3 计算机的总线结构14

1.3.4 计算机硬件与软件的关系15

1.4 计算机系统的多层次结构16

1.5 计算机的主要性能指标18

习题23

第2章 计算机中数据信息的表示24

2.1 进位计数制24

2.1.1 进位计数制的基本概念24

2.1.2 计算机中常用的进位计数制25

2.1.3 各种数制之间的相互转换27

2.2 数值数据的编码表示30

2.2.1 无符号数和有符号数30

2.2.2 原码表示法31

2.2.3 补码表示法32

2.2.4 反码表示法34

2.2.5 移码表示法35

2.2.6 几种机器数的比较与转换36

2.3 数的定点表示与浮点表示38

2.3.1 定点表示法38

2.3.2 浮点表示法40

2.3.3 定点、浮点表示法与定点、浮点计算机44

2.3.4 IEEE 754浮点数45

2.4 非数值数据的表示49

2.4.1 字符和字符串的表示方法49

2.4.2 汉字的表示方法51

2.4.3 国际字符编码标准54

2.5 十进制数和数串的表示方法55

2.5.1 十进制数的编码（二-十进制编码）55

2.5.2 十进制数串57

2.6 微机中常用的数据表示58

2.7 数据校验码59

2.7.1 奇偶校验码59

2.7.2 海明校验码61

2.7.3 循环冗余校验码65

习题69

第3章 运算方法和运算器72

3.1 带符号数的移位、舍入和溢出处理72

3.1.1 移位运算72

3.1.2 舍入操作73

3.1.3 溢出及其检测74

3.2 定点加减法运算76

3.2.1 原码加减法运算77

3.2.2 补码加减法运算77

3.2.3 反码加减法运算80

3.3 基本加减法运算器设计80

3.3.1 全加器80

3.3.2 加法器82

3.3.3 进位的产生和传递83

3.3.4 补码加减法运算器87

3.4 十进制加减法88

3.4.1 一位十进制加法88

3.4.2 十进制加法器89

3.4.3 多位十进制加法91

3.4.4 多位十进制减法91

3.5 定点乘法运算92

3.5.1 原码乘法92

3.5.2 补码乘法97

3.5.3 阵列乘法器101

3.6 定点除法运算104

3.6.1 原码除法104

3.6.2 补码除法109

3.6.3 阵列除法器111

3.7 逻辑运算114

3.7.1 逻辑非114

3.7.2 逻辑或114

3.7.3 逻辑与115

3.7.4 逻辑异或115

3.8 定点运算器设计115

3.8.1 运算器的基本结构116

3.8.2 运算器的内部总线结构116

3.8.3 算术逻辑运算单元（ALU）118

3.9 规格化的浮点运算122

3.9.1 浮点加法和减法122

3.9.2 浮点乘法和除法124

3.10 浮点运算器125

3.10.1 浮点运算器的一般结构125

3.10.2 CPU外的浮点运算器——浮点协处理器126

3.10.3 CPU内的浮点运算器128

习题129

第4章 指令系统131

4.1 指令系统概述131

4.2 指令格式133

4.2.1 操作码133

4.2.2 地址码134

4.2.3 指令字长度136

4.2.4 指令格式设计136

4.2.5 指令助记符138

4.2.6 指令格式举例138

4.3 寻址方式141

4.3.1 指令寻址方式141

4.3.2 操作数寻址方式142

4.3.3 堆栈寻址方式148

4.4 指令的种类150

4.4.1 数据传送类指令150

4.4.2 算术运算类指令151

4.4.3 逻辑运算类指令151

4.4.4 移位指令152

4.4.5 控制转移类指令152

4.4.6 输入／输出指令152

4.4.7 处理机控制指令153

4.5 精简指令集计算机（RISC）153

习题158

第5章 存储器162

5.1 概述162

5.1.1 基本概念162

5.1.2 主存储器的主要技术指标163

5.1.3 存储器的分类164

5.1.4 存储系统的层次结构166

5.2 半导体随机读写存储器168

5.2.1 静态存储器（SRAM）169

5.2.2 动态存储器（DRAM）170

5.2.3 动态存储器的刷新171

5.2.4 半导体存储器芯片173

5.3 存储器芯片与CPU的连接178

5.3.1 存储器的构成178

5.3.2 存储器的位扩展179

5.3.3 存储器的字扩展180

5.3.4 存储器的字位扩展181

5.4 只读存储器182

5.4.1 掩膜式只读存储器183

5.4.2 可编程只读存储器（PROM）183

5.4.3 可擦除可编程只读存储器184

5.4.4 闪速存储器（FLASH ROM）186

5.5 高速存储器188

5.5.1 快速读写技术188

5.5.2 双端口存储器188

5.5.3 多体交叉存储器188

5.6 高速缓冲存储器（Cache）190

5.6.1 Cache的基本原理191

5.6.2 主存与Cache的地址映射193

5.6.3 替换策略199

5.7 虚拟存储器200

5.7.1 虚拟存储器的基本概念200

5.7.2 虚拟存储的管理方式201

5.7.3 存储保护204

习题204

第6章 中央处理器208

6.1 控制器的组成和功能208

6.1.1 控制器的基本组成209

6.1.2 控制器的功能212

6.1.3 控制器的实现方式214

6.2 控制方式与时序系统215

6.2.1 控制方式215

6.2.2 时序系统218

6.3 CPU的总体结构223

6.3.1 CPU中的寄存器设置223

6.3.2 CPU内部数据通路225

6.3.3 指令的执行过程225

6.4 组合逻辑控制器设计231

6.4.1 组合逻辑控制器的设计步骤231

6.4.2 组合逻辑控制器设计举例233

6.5 微程序控制器241

6.5.1 微程序控制器概述241

6.5.2 微程序控制器的组成及工作原理244

6.5.3 微指令的编码方式246

6.5.4 微程序的顺序控制方式249

6.5.5 微指令格式253

6.5.6 微指令的执行方式255

6.5.7 微程序控制器设计举例256

6.5.8 组合逻辑控制器与微程序控制器的比较260

6.6 门阵列控制器261

6.6.1 通用可编程逻辑器件261

6.6.2 门阵列控制器的设计思想262

6.7 CPU中的流水线结构263

6.7.1 指令执行方式263

6.7.2 流水线的分类266

6.7.3 高级流水线267

6.7.4 流水线的相关问题267

6.8 CPU的新技术268

6.8.1 并行处理技术268

6.8.2 流水线技术268

6.8.3 快速执行引擎（Rapid Execution Engine）269

6.8.4 RISC技术269

6.8.5 双核和多核处理器技术269

6.8.6 Cache技术270

6.8.7 NSP（Native Signal Processing）技术270

6.8.8 带多媒体扩展MMX（Multi Media Extension）的CPU270

习题271

第7章 总线系统275

7.1 总线的基本概念275

7.1.1 总线的特性276

7.1.2 总线的类型276

7.1.3 总线的性能指标278

7.1.4 总线的组成278

7.1.5 总线的数据传输方式279

7.2 总线结构281

7.2.1 多级总线结构281

7.2.2 总线结构的物理实现285

7.2.3 总线结构举例285

7.3 总线控制286

7.3.1 总线仲裁286

7.3.2 总线定时290

7.3.3 总线操作293

7.4 总线接口294

7.4.1 接口的概念294

7.4.2 接口与总线的区别295

7.5 常用系统总线及设备总线举例295

7.5.1 总线的标准化295

7.5.2 系统总线295

7.5.3 设备总线299

习题303

第8章 输入输出系统305

8.1 I/O系统概述305

8.1.1 I/O系统功能与组成305

8.1.2 I/O的寻址方式307

8.1.3 主机与外设的信息传送309

8.2 程序查询方式311

8.2.1 程序查询方式的概念311

8.2.2 程序查询方式的接口312

8.3 程序中断方式314

8.3.1 中断的基本概念315

8.3.2 程序中断接口与中断控制器318

8.3.3 中断优先级321

8.3.4 中断过程323

8.3.5 中断服务程序流程329

8.4 DMA方式331

8.4.1 DMA方式的基本概念331

8.4.2 DMA控制器的功能与组成334

8.4.3 DMA控制器的数据传送过程336

8.4.4 DMA控制器举例338

8.5 通道方式和输入输出处理机（IOP）方式338

8.5.1 通道方式339

8.5.2 输入输出处理机（IOP）方式348

习题349

第9章 外部设备350

9.1 外部设备概述350

9.1.1 外部设备的分类350

9.1.2 外部设备的一般功能351

9.2 输入设备351

9.2.1 键盘352

9.2.2 鼠标353

9.2.3 扫描仪354

9.2.4 其他输入设备356

9.3 打印输出设备358

9.3.1 点阵式打印机358

9.3.2 喷墨式打印机360

9.3.3 激光打印机361

9.4 显示输出设备362

9.4.1 CRT显示器363

9.4.2 液晶显示器364

9.4.3 其他显示技术367

9.5 存储设备368

9.5.1 硬磁盘存储设备369

9.5.2 软磁盘存储设备376

9.5.3 磁带存储设备377

9.5.4 光盘存储设备378

9.6 通信与网络设备379

9.6.1 调制解调器379

9.6.2 网卡380

9.6.3 中继器、集线器381

9.6.4 网桥、交换机、路由器382

习题383

参考文献386