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1　计算机组成概述1

1.1　计算机系统的基本组成及其层次结构1

目录1

1.2　计算机的体系结构、组成和实现6

1.3　计算机系统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

小结11

习题与思考题12

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　数字电路基础和计算机中的逻辑部件13

2.1.2　双极型三极管的结构及其伏安特性15

2.1.3　MOS管的结构及其伏安特性17

2.2　基本逻辑门和布尔代数基础18

2.2.1　最基本的逻辑门电路18

2.2.2　布尔代数基础20

2.2.3　一位加法器的逻辑线路设计举例25

2.3　组合逻辑电路及其应用27

2.3.1　基本逻辑门27

2.3.2　三态门27

2.3.3　数据选择器29

2.3.4　译码器和编码器30

2.3.5　组合逻辑电路应用举例32

2.4　时序逻辑电路及其应用37

2.4.1　基本R-S触发器38

2.4.2　D型触发器与寄存器、计数器器件39

2.4.3　时序逻辑电路应用举例43

2.5　现场可编程器件及其应用51

2.5.1　现场可编程器件概述51

2.5.2　通用可编程器件GAL20V8的内部结构及编程使用52

2.5.3　MACH器件的内部结构与编程使用55

2.5.4　FPGA器件及其在实现CPU功能中的应用60

2.6　几个专用功能器件和存储器芯片的引脚图61

习题与思考题63

小结63

3　数据表示、运算算法和线路实现65

3.1 数字化信息编码的概念和二进制编码知识65

3.1.1　数字化信息编码的概念65

3.1.2　二进制编码和码制转换66

3.1.3　检错纠错码73

3.2　数据表示——常用的信息编码83

3.2.1　逻辑类型数据的表示83

3.2.2　字符类型数据的表示84

3.2.3　数值类型数据的表示86

3.3.1　原码、反码、补码的定义93

3.3　二进制数值数据的编码与运算算法93

3.3.2　补码加、减运算规则和电路实现98

3.3.3　原码一位乘法、除法的实现方案100

3.3.4　实现数据算术运算和逻辑运算的原理性电路组成107

3.3.5　补码一位乘法、除法的实现方案107

3.3.6　加速乘除法运算的有关算法介绍111

小结116

习题与思考题117

4　运算器部件的组成与设计118

4.1　运算器部件概述118

4.1.1　运算器部件的功能和在计算机中的地位118

4.1.2　定点运算器的功能、组成与运行控制120

4.1.3　位片结构的运算器芯片Am2901121

4.2　教学计算机运算器的设计与实现126

4.2.1　用4片Am2901芯片构建16位的运算器部件126

4.2.2　在4片Am2901芯片之外的线路设计129

4.3　脱机的和联机的运算器实验133

4.4　浮点运算与浮点运算器135

4.4.1　浮点数的运算规则135

4.4.2　浮点运算器举例142

4.5　提高运算器部件处理能力的可行途径146

4.5.1　计算机性能的演变和并行性发展概述146

4.5.2　提高计算机运算器处理能力的可行途径147

小结149

习题与思考题149

5　指令、指令系统和汇编语言程序设计151

5.1　指令格式和指令系统概述151

5.1.1　操作码的组织与编码153

5.1.2　操作数类型和指令操作类型154

5.1.3　操作数的个数、来源、去向和地址安排155

5.1.4　指令的分类156

5.2　寻址方式概述与应用实例158

5.2.1　基本寻址方式概述158

5.2.2　寻址方式应用举例161

5.3　指令系统举例164

5.3.1　教学计算机的指令系统说明164

5.3.2　Pentium Ⅱ机的指令系统171

5.3.3 Ultra SPARC Ⅱ机的指令系统172

5.4　汇编语言程序设计举例174

5.4.1 汇编语言及其在教学计算机中的实现174

5.4.2　教学计算机的汇编程序设计举例176

小结183

习题与思考题183

6　控制器部件的组成与设计185

6.1.1　控制器部件的功能、组成概述186

6.1　控制器的功能、组成与指令执行步骤186

6.1.2　指令的执行步骤概述187

6.1.3　指令周期和其他有关术语191

6.2　微程序控制器部件的组成与设计193

6.2.1　微程序控制器的基本组成和工作原理193

6.2.2　微程序设计中下地址形成逻辑的硬件技术194

6.2.3　教学计算机微程序控制器的组成198

6.2.4　设计教学计算机的微指令格式202

6.2.5　设计教学计算机的微程序210

6.3　硬连线控制器部件的组成与设计220

6.2.6　微程序控制器教学实验220

6.3.1　硬连线控制器的组成和运行原理简介221

6.3.2　教学计算机硬连线控制器的组成222

6.3.3　设计教学计算机的指令执行流程与节拍发生器部件223

6.3.4　设计教学计算机的时序控制信号产生部件235

6.3.5　硬连线控制器教学实验250

6.4　提高指令执行速度的可行途径250

6.4.1　指令流水的基本概念和实现思路250

6.4.2　RISC计算机的指令系统和指令流水线实例252

6.4.3　RISC计算机中的通用寄存器组织和编译程序简介256

6.4.4　流水线的性能指标257

6.4.5　指令级并行技术259

小结260

习题与思考题260

7 多级结构的存储器系统262

7.1　存储器系统概述263

7.1.1　存储器分类264

7.1.2　存储器系统的设计目标和解决思路265

7.2　主存储器267

7.2.1　主存储器概述267

7.2.2　动态存储器芯片的存储原理和读写过程269

7.2.3　静态存储器的存储原理和内部结构272

7.2.4　主存储器实现与应用中的几项技术274

7.2.5 TEC-2000教学计算机内存储器的组成与设计276

7.3　外存储设备与磁盘阵列技术281

7.3.1　外存储设备概述281

7.3.2　磁盘设备与磁盘阵列技术284

7.3.3　光盘设备与技术292

7.4　高速缓冲存储器cache300

7.4.1　层次存储器系统的运行原理和必须遵从的原则300

7.4.2　高速缓冲存储器cache的工作原理和组织302

7.4.3　Pentium机的cache管理312

7.5　虚拟存储器316

7.5.1　虚拟存储器的概念316

7.5.3　页式虚拟存储器318

7.5.2　段式虚拟存储器318

7.5.4　Pentium机的存储器管理320

7.6　提高存储器系统性能的可行途径324

小结326

习题与思考题327

8　输入输出设备与输入输出系统330

8.1　输入输出设备331

8.1.1　输入输出设备概述331

8.1.2　点阵式设备运行原理综述332

8.2.1　显示器设备概述334

8.2　显示器设备的组成和运行原理334

8.2.2　阴极射线管的组成与运行原理335

8.2.3　CRT字符显示器的组成和运行原理336

8.2.4　CRT图形显示器339

8.2.5　计算机终端340

8.2.6　液晶显示器的组成和运行原理340

8.3　打印机设备的组成与运行原理341

8.3.1 针式打印机的组成与打印过程342

8.3.2　喷墨打印机的组成与打印过程343

8.3.3　激光打印机的组成与打印过程345

8.4　计算机的输入设备346

8.4.1　计算机键盘的组成和运行原理346

8.5　输入输出系统概述348

8.4.2 鼠标设备348

8.6　计算机总线349

8.6.1　计算机总线概述349

8.6.2　计算机总线的构成351

8.6.3　总线仲裁和数据传输控制352

8.6.4　教学计算机的总线系统实例354

8.7　输入输出接口概述356

8.7.1　输入输出接口的基本功能357

8.7.2　通用可编程接口的一般组成357

8.7.3　串行接口实例358

8.8.1 常用的输入输出方式概述364

8.8　常用的输入输出方式364

8.8.2　中断的概念和中断处理过程366

8.8.3　DMA的概念和DMA处理过程370

8.9　提高数据输入输出能力和可靠性的可行途径372

小结373

习题与思考题373

9　并行计算机体系结构376

9.1　阵列处理机和向量处理机376

9.2　多处理机系统379

9.3　多计算机系统381

小结386

习题与思考题386

参考文献388