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第1章　计算机系统概论1

1.1　计算机的语言1

1.2　计算机的硬件3

1.3　计算机系统的层次结构4

1.4　电子计算机的发展简史6

1.5　计算机的应用12

1.6　计算机网络14

1.6.1　计算机网络基础知识14

1.6.2　局域网15

1.6.3　广域网和网络协议（ISO/OSI基本参考模型、TCP/IP协议）16

1.6.4　网络互连设备21

习题22

第2章　计算机的逻辑部件24

2.1　计算机中常用的组合逻辑电路24

2.1.1　三态电路24

2.1.2　异或门及其应用26

2.1.3　加法器28

2.1.4　算术逻辑单元30

2.1.5　译码器34

2.1.6　数据选择器35

2.2　时序逻辑电路36

2.2.1　触发器36

2.2.2　寄存器和移位寄存器39

2.2.3　计数器41

2.3　阵列逻辑电路43

2.3.1　只读存储器（ROM）43

2.3.2　可编程序逻辑阵列（PLA）45

2.3.3　可编程序阵列逻辑（PAL）50

2.3.4　通用阵列逻辑（GAL）51

2.3.5　门阵列（GA）、宏单元阵列（MCA）、标准单元阵列（SCA）52

2.3.6　可编程序门阵列（PGA）61

习题66

第3章　运算方法和运算部件68

3.1　数据的表示方法和转换68

3.1.1　数值型数据的表示和转换68

3.1.2　十进制数的编码与运算71

3.2　带符号的二进制数据在计算机中的表示方法及加减法运算73

3.2.1　原码、补码、反码及其加减法运算73

3.2.2　加减法运算的溢出处理78

3.2.3　定点数和浮点数79

3.3　二进制乘法运算81

3.3.1　定点数一位乘法81

3.3.2　定点数二位乘法87

3.3.3　阵列乘法器91

3.4　二进制除法运算91

3.4.1　定点除法运算91

3.4.2　提高除法运算速度的方法举例96

3.5　浮点数的运算方法98

3.5.1　浮点数的加减法运算98

3.5.2　浮点数的乘除法运算100

3.6　运算部件103

3.7　数据校验码105

3.7.1　奇偶校验码105

3.7.2　海明校验码106

3.7.3　循环冗余校验（CRC）码109

习题112

第4章　主存储器115

4.1　主存储器处于全机中心地位115

4.2　主存储器分类115

4.3　主存储器的主要技术指标116

4.4　主存储器的基本操作116

4.5　读／写存储器117

4.6　非易失性半导体存储器125

4.7　DRAM的研制与发展127

4.8　半导体存储器的组成与控制129

4.9　多体交叉存储器134

4.9.1　编址方式134

4.9.2　重叠与交叉存取控制135

习题136

第5章　指令系统138

5.1　指令系统的发展138

5.2　指令格式139

5.2.1　指令格式139

5.2.2　指令操作码的扩展技术141

5.2.3　指令长度与字长的关系143

5.3　数据表示143

5.4　寻址方式（编址方式）145

5.5　指令类型148

5.5.1　指令的分类及功能149

5.5.2　双字长运算（子程序举例）156

5.6　指令系统的兼容性157

5.7　精简指令系统计算机（RISC）和复杂指令系统计算机（CISC）158

5.7.1　什么是复杂指令系统计算机158

5.7.2　RISC的产生与发展158

5.7.3　RISC的特点159

5.8　指令系统举例160

5.8.1　SPARC的指令系统160

5.8.2　Pentium微处理器指令系统163

5.8.3　IBM大型机指令系统165

5.8.4　向量指令举例166

5.9　机器语言、汇编语言和高级语言168

习题169

第6章　中央处理器171

6.1　计算机的硬件系统172

6.2　控制器的组成176

6.2.1　控制器的功能176

6.2.2　控制器的组成177

6.2.3　指令执行过程178

6.3　微程序控制计算机的基本工作原理182

6.3.1　微程序控制的基本概念182

6.3.2　实现微程序控制的基本原理183

6.4　微程序设计技术192

6.4.1　微指令的编译法（编码译码方法）192

6.4.2　微程序流的控制194

6.4.3　微指令格式200

6.4.4　微程序控制存储器和动态微程序设计201

6.4.5　微程序设计语言204

6.5　硬布线控制的计算机206

6.5.1　时序与节拍206

6.5.2　操作控制信号的产生208

6.5.3　控制器的组成210

6.5.4　硬布线控制逻辑设计中的若干问题212

6.5.5　硬布线控制与微程序控制的比较214

6.6　控制器的控制方式215

6.7　流水线工作原理216

6.8　CPU举例220

6.8.1　RISC的CPU220

6.8.2　RISC的编译系统229

6.8.3　Pentium微处理器231

6.9　计算机的加电及控制过程232

习题234

第7章　存储系统239

7.1　存储系统的层次结构239

7.2　高速缓冲存储器（cache）240

7.2.1　cache存储器工作原理240

7.2.2　cache存储器组织242

7.2.3　cache存储器举例245

7.2.4　多层次cache存储器248

7.3　虚拟存储器250

7.3.1　虚拟存储器概述250

7.3.2　页式虚拟存储器251

7.3.3　段页式虚拟存储器253

7.3.4　虚拟存储器工作的全过程254

7.3.5　Pentium处理机的虚拟存储器256

7.3.6　存储管理部件（MMU）256

7.4　相联存储器257

7.5　存储保护258

习题259

第8章　辅助存储器262

8.1　辅助存储器的种类与技术指标262

8.2　磁记录原理与记录方式264

8.2.1　磁记录原理264

8.2.2　磁记录介质与磁头265

8.2.3　磁记录方式268

8.3　硬磁盘存储器273

8.3.1　硬磁盘存储器的种类及基本结构273

8.3.2　硬磁盘驱动器（HDD）及硬磁盘控制器（HDC）274

8.3.3　磁盘cache278

8.3.4　磁盘阵列存储器278

8.3.5　硬磁盘驱动器的发展动向280

8.4　软磁盘存储器281

8.4.1　概述281

8.4.2　软磁盘的记录格式281

8.4.3　软磁盘驱动器和控制器283

8.4.4　软磁盘驱动器发展动向283

8.5　磁带存储器284

8.5.1　磁带机的结构284

8.5.2　磁带的记录格式286

8.5.3　循环冗余校验码（CRC）288

8.5.4　磁带机的发展动向290

8.6　光盘存储器291

8.6.1　光盘存储器种类291

8.6.2　光盘的读写原理293

8.6.3　光盘存储器的组成294

8.7　硬盘、软盘、磁带和光盘存储器的综合比较295

8.8　固态盘296

习题297

第9章　输入输出（I/O）设备299

9.1　外部设备概述299

9.2　输入设备300

9.2.1　键盘300

9.2.2　光笔、图形板和画笔（或游动标）输入301

9.2.3　鼠标、跟踪球和操作杆输入302

9.2.4　触摸屏303

9.2.5　图像输入设备（摄像机和数字照相机）304

9.2.6　条形码及其技术305

9.2.7　光学字符识别（OCR）技术和语音文字输入系统306

9.3　输出设备——显示器310

9.3.1　显示技术中的有关术语310

9.3.2　显示设备种类312

9.3.3　字符显示器315

9.3.4　图形和图像显示317

9.4　输出设备——打印机318

9.4.1　点阵针式打印机318

9.4.2　激光打印机319

9.4.3　喷墨打印机322

9.4.4　热转印打字机325

9.4.5　打印机的发展趋势326

9.5　汉字处理技术327

9.5.1　汉字编码标准327

9.5.2　汉字的输入方法328

9.5.3　汉字的存储329

9.5.4　汉字的输出330

习题330

第10章　输入输出（I/O）系统332

10.1　输入输出（I/O）系统概述332

10.1.1　输入输出设备的编址及设备控制器的基本功能332

10.1.2　I/O设备数据传送控制方式333

10.2　程序中断输入输出方式335

10.2.1　中断的作用、产生和响应335

10.2.2　中断处理337

10.2.3　程序中断设备接口的组成和工作原理341

10.3　DMA输入输出方式344

10.3.1　DMA三种工作方式344

10.3.2　DMA控制器组成344

10.3.3　DMA的数据传送过程346

10.4　通道控制方式和外围处理机方式347

10.4.1　I/O通道的种类348

10.4.2　I/O处理机（IOP）和外围处理机349

10.5　总线结构350

10.5.1　总线类型350

10.5.2　总线组成351

10.5.3　微机总线353

10.6　外设接口357

10.6.1　ATA（IDE）和SATA接口357

10.6.2　SCSI、SAS和iSCSI接口359

10.6.3　光纤通道FC和InfiniBand363

10.6.4　PCMCIA364

10.6.5　串行通信接口RS-232、USB和IEEE 1394364

10.6.6　Pentium处理器外围接口（芯片组）介绍366

10.6.7　网络存储——SAN和NAS367

习题369

第11章　计算机系统372

11.1　计算机系统概述372

11.1.1　计算机系统的分类372

11.1.2　提高计算机系统运算速度的方法373

11.1.3　开放系统373

11.1.4　计算机系统的性能评测374

11.2　微机系统376

11.2.1　微处理器及个人计算机（PC）376

11.2.2　台式机、笔记本式计算机、PDA和智能手机378

11.2.3　商用计算机和家用计算机382

11.2.4　嵌入式计算机和片上系统383

11.2.5　智能卡和电子标签385

11.3　工作站和服务器388

11.3.1　工作站388

11.3.2　服务器388

11.3.3　瘦客户机390

11.4　多媒体计算机390

11.4.1　概述390

11.4.2　多媒体计算机系统的组成391

11.4.3　多媒体计算机系统的关键技术392

11.4.4　多媒体计算机的用途与实例393

11.5　超级标量处理机、超级流水线处理机和超长指令字处理机393

11.5.1　超级标量、超级流水线和超长指令字处理机特点393

11.5.2　超级标量处理器举例——UItra SPARCⅣ＋处理器395

11.6　向量处理机396

11.7　阵列处理机和多处理机系统398

11.7.1　SIMD并行处理机系统（阵列处理机系统）398

11.7.2　多处理机系统399

11.7.3　SGI Origin多处理机体系结构402

11.7.4　高性能计算和网格计算406

习题408

第12章　计算机硬件设计和实现导论409

12.1　计算机硬件的总体设计409

12.1.1　计算机硬件设计过程409

12.1.2　指令系统的模拟与仿真413

12.1.3　微程序设计自动化414

12.1.4　引进、消化、吸收、创新415

12.2　集成电路设计概述415

12.2.1　集成电路的设计过程416

12.2.2　硬件描述语言（VHDL）418

12.3　电子设计自动化EDA428

12.3.1　面向SoC的系统级设计428

12.3.2　集成电路物理设计430

习题432

习题答案434

参考文献450