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第1章 计算机系统概述1

1.1 计算机发展历程1

1.1.1 计算机硬件的发展1

1.1.2 计算机软件的发展2

1.1.3 计算机的分类与发展方向2

1.1.4 本节习题精选3

1.1.5 答案与解析3

1.2 计算机系统层次结构4

1.2.1 计算机系统的组成4

1.2.2 计算机硬件的基本组成4

1.2.3 计算机软件的分类7

1.2.4 计算机的工作过程7

1.2.5 计算机系统的多级层次结构8

1.2.6 本节习题精选9

1.2.7 答案与解析11

1.3 计算机的性能指标13

1.3.1 计算机的主要性能指标13

1.3.2 几个专业术语的概念14

1.3.3 本节习题精选14

1.3.4 答案与解析16

1.4 常见问题和易混淆知识点19

第2章 数据的表示和运算21

2.1 数制与编码22

2.1.1 进位计数制及其相互转换22

2.1.2 真值和机器数24

2.1.3 BCD码24

2.1.4 字符与字符串25

2.1.5 校验码26

2.1.6 本节习题精选29

2.1.7 答案与解析31

2.2 定点数的表示与运算33

2.2.1 定点数的表示33

2.2.2 定点数的运算37

2.2.3 本节习题精选44

2.2.4 答案与解析50

2.3 浮点数的表示与运算56

2.3.1 浮点数的表示56

2.3.2 浮点数的加减运算60

2.3.3 本节习题精选61

2.3.4 答案与解析65

2.4 算术逻辑单元ALU71

2.4.1 串行加法器和并行加法器71

2.4.2 算术逻辑单元的功能和结构74

2.4.3 本节习题精选76

2.4.4 答案与解析77

2.5 常见问题和易混淆知识点78

第3章 存储系统的层次结构81

3.1 存储器的分类82

3.1.1 存储器的分类82

3.1.2 存储器的性能指标83

3.1.3 本节习题精选83

3.1.4 答案与解析84

3.2 存储器的层次化结构85

3.2.1 多级存储系统85

3.2.2 本节习题精选86

3.2.3 答案与解析87

3.3 半导体随机存储器87

3.3.1 半导体存储芯片87

3.3.2 SRAM存储器和DRAM存储器88

3.3.3 只读存储器91

3.3.4 本节习题精选91

3.3.5 答案与解析93

3.4 主存储器与CPU的连接95

3.4.1 连接原理95

3.4.2 主存容量的扩展95

3.4.3 存储芯片的地址分配和片选97

3.4.4 存储器与CPU的连接98

3.4.5 本节习题精选99

3.4.6 答案与解析101

3.5 双口RAM和多模块存储器106

3.5.1 双端口RAM106

3.5.2 多模块存储器107

3.5.3 本节习题精选109

3.5.4 答案与解析110

3.6 高速缓冲存储器111

3.6.1 程序访问的局部性原理111

3.6.2 Cache的基本工作原理111

3.6.3 Cache和主存的映射方式112

3.6.4 Cache中主存块的替换算法115

3.6.5 Cache写策略115

3.6.6 本节习题精选116

3.6.7 答案与解析118

3.7 虚拟存储器123

3.7.1 虚拟存储器的基本概念123

3.7.2 页式虚拟存储器124

3.7.3 段式虚拟存储器125

3.7.4 段页式虚拟存储器126

3.7.5 快表TLB126

3.7.6 虚拟存储器与Cache的比较126

3.7.7 本节习题精选127

3.7.7 答案与解析130

3.8 常见问题和易混淆知识点133

第4章 指令系统135

4.1 指令格式135

4.1.1 指令的基本格式135

4.1.2 定长操作码指令格式137

4.1.3 扩展操作码指令格式137

4.1.4 本节习题精选138

4.1.5 答案与解析140

4.2 指令寻址方式143

4.2.1 指令寻址和数据寻址143

4.2.2 常见的数据寻址方式144

4.2.3 本节习题精选148

4.2.4 答案与解析152

4.3 CISC和RISC的基本概念155

4.3.1 复杂指令系统计算机CISC156

4.3.2 精简指令系统计算机RISC156

4.3.3 CISC和RISC的比较156

4.3.4 本节习题精选157

4.3.5 答案与解析158

4.4 常见问题和易混淆知识点159

第5章 中央处理器161

5.1 CPU的功能和基本结构161

5.1.1 CPU的功能161

5.1.2 CPU的基本结构162

5.1.3 本节习题精选163

5.1.4 答案与解析165

5.2 指令执行过程167

5.2.1 指令周期167

5.2.2 指令周期的数据流168

5.2.3 指令执行方案170

5.2.4 本节习题精选171

5.2.5 答案与解析173

5.3 数据通路的功能和基本结构175

5.3.1 数据通路的功能175

5.3.2 数据通路的基本结构175

5.3.3 本节习题精选176

5.3.4 答案与解析181

5.4 控制器的功能和工作原理187

5.4.1 控制器的结构和功能187

5.4.2 硬布线控制器187

5.4.3 微程序控制器192

5.4.4 本节习题精选198

5.4.5 答案与解析201

5.5 指令流水线205

5.5.1 指令流水线的基本概念205

5.5.2 流水线的分类207

5.5.3 影响流水线的因素208

5.5.4 流水线的性能指标209

5.5.5 超标量流水线的基本概念210

5.5.6 本节习题精选211

5.5.7 答案与解析213

5.6 多核处理器的基本概念217

5.6.1 多核处理器的发展简述217

5.6.2 多核处理器的基本概念217

5.6.3 多核处理器的主要技术和挑战217

5.6.4 本节习题精选218

5.6.5 答案与解析218

5.7 常见问题和易混淆知识点218

第6章 总线220

6.1 总线概述220

6.1.1 总线基本概念220

6.1.2 总线的分类221

6.1.3 系统总线的结构221

6.1.4 总线的性能指标223

6.1.5 本节习题精选223

6.1.6 答案与解析225

6.2 总线仲裁227

6.2.1 集中仲裁方式228

6.2.2 分布仲裁方式229

6.2.3 本节习题精选230

6.2.4 答案与解析230

6.3 总线操作和定时231

6.3.1 总线传输的4个阶段231

6.3.2 同步定时方式232

6.3.3 异步定时方式232

6.3.4 本节习题精选233

6.3.5 答案与解析234

6.4 总线标准235

6.4.1 常见的总线标准235

6.4.2 本节习题精选236

6.4.3 答案与解析236

6.5 常见问题和易混淆知识点237

第7章 输入／输出系统238

7.1 I/O系统基本概念238

7.1.1 输入／输出系统238

7.1.2 I/O控制方式239

7.1.3 本节习题精选239

7.1.4 答案与解析240

7.2 外部设备240

7.2.1 输入设备240

7.2.2 输出设备240

7.2.3 外存储器242

7.2.4 本节习题精选245

7.2.5 答案与解析246

7.3 I/O接口247

7.3.1 I/O接口的功能248

7.3.2 I/O接口的基本结构248

7.3.3 I/O接口的类型249

7.3.4 I/O端口及其编址249

7.3.5 本节习题精选249

7.3.6 习题精选250

7.4 I/O方式251

7.4.1 程序查询方式251

7.4.2 程序中断方式252

7.4.3 DMA方式257

7.4.4 通道方式260

7.4.5 本节习题精选262

7.4.6 答案与解析268

7.5 常见问题和易混淆知识点275

参考文献277