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第一章 计算机系统概论1

1.1 电子计算机的发展概况1

1.1.1 计算机的产生1

1.1.2 国外计算机发展简介2

1.1.3 中国计算机发展简介3

1.1.4 计算机的发展趋势4

1.2 计算机的分类、特点和技术指标5

1.2.1 计算机的分类5

1.2.2 计算机的特点6

1.2.3 计算机的主要技术指标7

1.3 计算机的硬件9

1.3.1 冯·诺依曼计算机的设计思想9

1.3.2 计算机的基本结构10

1.4 计算机的软件与计算机的工作过程12

1.4.1 软件的发展演变13

1.4.2 计算机软件与硬件的逻辑等价性14

1.4.3 计算机的工作过程15

1.5 计算机系统的基本概念15

1.5.1 计算机的层次结构15

1.5.2 计算机组成与系统结构的概念17

1.6 计算机的应用18

小结19

习题一20

第二章 数据的表示方法和数据校验22

2.1 数据的表示方法及其转换22

2.1.1 数制22

2.1.2 计算机为什么采用二进制23

2.1.3 不同数制间的数据转换23

2.1.4 数据符号的表示25

2.1.5 十进制数位的编码与运算25

2.2 无符号数和有符号数27

2.2.2 有符号数及其编码28

2.2.1 无符号数28

2.3.1 数的定点表示32

2.3 定点数和浮点数32

2.3.2 数的浮点表示33

2.4 非数值数据的表示方法35

2.4.1 字符的表示方法35

2.4.2 汉字的表示方法36

2.4.3 其他信息的表示38

2.5 数据校验39

2.5.1 奇偶校验39

2.5.2 海明码校验40

2.5.3 循环冗余（CRC）校验42

小结46

习题二47

3.1 定点加、减运算48

3.1.1 定点补码加、减运算48

第三章 运算方法及运算部件48

3.1.2 加、减运算的溢出处理51

3.2 定点数乘法运算53

3.2.1 原码一位乘法和两位乘法53

3.2.2 补码一位乘法和两位乘法58

3.3 定点数除法运算64

3.3.1 原码一位除法64

3.3.2 补码一位除法68

3.4 浮点数的运算方法70

3.4.1 浮点数的加、减运算70

3.4.2 浮点数的乘、除法运算72

3.5 运算部件76

3.5.1 定点运算部件76

3.5.2 浮点运算部件78

3.5.3 用集成电路构成算术逻辑运算器80

习题三82

小结82

第四章 指令系统84

4.1 指令格式与操作码的编码技术84

4.1.1 指令格式84

4.1.2 操作码的编码技术86

4.2 信息存放87

4.3 寻址方式88

4.4 指令类型92

4.5 RISC技术100

4.5.1 RISC的产生与发展100

4.5.2 RISC的特点101

4.5.3 RISC与CISC的比较102

4.6 指令系统举例103

4.6.1 Pentium微处理器指令系统103

4.6.2 SPARC的指令系统105

4.6.3 IBM大型机指令系统108

4.6.4 PDP11与VAX11基本指令格式109

小结111

习题四111

第五章 控制器114

5.1 控制器的功能及结构114

5.1.1 控制器的功能114

5.1.2 控制器的组成115

5.2 时序与控制117

5.2.1 时序系统118

5.2.2 控制方式121

5.3 硬布线控制器122

5.3.1 硬布线控制器的基本原理122

5.3.2 硬布线控制器的设计步骤123

5.3.3 硬布线控制器举例125

5.3.4 阵列逻辑控制器128

5.4 微程序控制器131

5.4.1 基本概念132

5.4.2 微程序控制的基本原理133

5.4.3 微指令周期与CPU周期的关系134

5.4.4 微指令与机器指令的关系134

5.5 微程序设计技术135

5.5.1 微指令的编码方式135

5.5.2 微地址的形成方法136

5.5.3 微指令的格式139

5.5.4 串行微程序控制和并行微程序控制141

5.5.5 动态微程序设计142

5.5.6 微程序设计举例143

5.6 微程序控制器与硬布线控制器的比较146

小结147

习题五148

6.1.1 CPU的功能150

6.1.2 CPU的基本结构150

6.1 CPU的结构与功能150

第六章 中央处理器CPU150

6.1.3 CPU的发展过程151

6.1.4 CPU的性能指标153

6.2 CPU举例153

6.2.1 Intel系列CPU简介153

6.2.2 龙芯CPU简介158

6.2.3 精简指令集CPU159

6.2.4 嵌入式CPU举例160

小结162

习题六162

第七章 存储器系统163

7.1 存储器系统概述163

7.1.1 存储器分类163

7.1.2 存储器系统的层次结构167

7.1.3 内存储器的主要性能指标170

7.2 半导体存储器171

7.2.1 静态随机读写存储器（SRAM）172

7.2.2 动态随机读写存储器及其刷新与控制电路178

7.2.3 DRAM的研究与发展184

7.2.4 半导体只读存储器188

7.2.5 闪速存储器189

7.2.6 半导体存储器的封装192

7.3 内存储器的组成与设计194

7.3.1 内存储器存储单元的分配194

7.3.2 内存储器与CPU的连接195

7.3.3 内存储器的设计199

7.3.4 内存储器的校验202

7.3.5 提高内存存取速度的措施202

7.3.6 并行存储器和相联存储器203

7.4.1 Cache的功能210

7.4 高速缓冲存储器（Cache）210

7.4.2 Cache的基本原理及结构211

7.4.3 Cache的读写操作和命中率214

7.4.4 地址映像218

7.4.5 替换算法221

7.4.6 Pentium Ⅱ的Cache组织222

7.5 辅助存储器224

7.5.1 磁表面记录原理及记录方式224

7.5.2 磁盘存储器228

7.5.3 磁带存储器233

7.5.4 光盘存储器236

7.6 虚拟存储器技术239

7.6.1 虚拟存储器的基本概念239

7.6.2 虚拟存储器的管理方式240

7.6.3 虚拟存储器的工作过程243

小结245

习题七246

第八章 系统总线250

8.1 总线的基本概念250

8.1.1 总线的特性和性能指标250

8.1.2 总线标准251

8.1.3 总线传输方式和分类251

8.1.4 总线结构252

8.1.5 总线仲裁254

8.1.6 总线协议256

8.1.7 总线负载能力和出错处理259

8.2 微机总线简介260

8.2.1 ISA总线和EISA总线260

8.2.2 PCI总线260

8.2.3 AGP总线262

8.2.4 PCI Express技术原理（3GIO概述）262

8.2.5 RS232C串行通信总线264

8.2.6 通用串行接口USB267

小结268

习题八268

第九章 输入输出（I/O）系统270

9.1 输入输出（I/O）系统概述270

9.1.1 I/O接口的基本功能270

9.1.2 I/O接口的基本组成271

9.1.3 I/O接口的编址方式274

9.1.4 I/O接口的类型275

9.2 程序直接控制方式275

9.3 程序中断方式276

9.3.1 中断的基本概念及分类277

9.3.2 中断请求和中断屏蔽279

9.3.3 中断响应和中断处理282

9.3.4 中断判优和多重中断285

9.3.5 程序中断设备接口及工作原理291

9.4 直接存储器访问（DMA）方式292

9.4.1 DMA方式的基本概念293

9.4.2 DMA控制器组成294

9.4.3 DMA传送过程295

9.4.4 DMA工作方式296

9.4.5 DMA控制器与系统的连接方式298

9.5 通道控制方式和输入输出处理机（IOP）299

9.5.1 I/O通道的基本概念299

9.5.2 通道的基本功能300

9.5.3 I/O通道的类型300

9.5.4 通道型I/O处理机（IOP）和外围处理机302

小结304

习题九304

第十章 输入输出（I/O）设备306

10.1 概述306

10.1.1 I/O设备的基本功能306

10.1.3 I/O设备的分类307

10.1.2 I/O设备的特点307

10.1.4 I/O设备与主机的连接308

10.2 输入设备308

10.2.1 键盘309

10.2.2 鼠标器311

10.2.3 触摸屏313

10.3 输出设备314

10.3.1 显示设备314

10.3.2 打印设备321

小结326

习题十327

第十一章 流水线技术328

11.1 流水线的基本概念328

11.1.1 流水线简介328

11.1.2 流水线分类330

11.1.3 流水技术的特点333

11.2 流水线的性能334

11.2.1 吞吐率（Throughput rate）334

11.2.2 加速比（Speedup ratio）336

11.2.3 效率（Efficiency）337

11.2.4 举例338

11.3 流水线的相关处理340

11.3.1 结构相关340

11.3.2 数据相关341

11.3.3 控制相关343

11.4 非线性流水线的调度345

11.5 流水线中的多发技术348

11.5.1 超标量（Super scalar）技术348

11.5.2 超流水线（Super pipeline）技术349

11.5.3 超长指令字VLIW技术350

习题十一351

小结351

第十二章 并行处理技术353

12.1 计算机系统的分类353

12.2 向量计算机354

12.2.1 基本概念354

12.2.2 向量处理方式355

12.3 阵列处理机360

12.3.1 阵列处理机的操作模型360

12.3.3 阵列处理机的基本结构361

12.3.2 阵列处理机的特点361

12.4 多处理机系统364

12.4.1 多处理机系统的特点和分类364

12.4.2 多处理机系统的关键技术367

12.5 计算模型分类371

小结376

习题十二376

参考文献398