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第1章 计算机系统概述1

1.1计算机系统的组成及其层次结构1

1.1.1计算机系统的基本组成1

1.1.2计算机的硬件系统2

1.1.3计算机的软件系统7

1.1.4计算机系统的层次结构9

1.1.5计算机系统的性能指标10

1.2计算机系统结构、组成与实现12

1.2.1计算机的系统结构、组成与实现的定义与内涵12

1.2.2计算机的系统结构、组成与实现三者的相互影响13

1.3计算机系统结构设计14

1.3.1计算机系统的设计思路14

1.3.2软硬件取舍的基本原则15

1.3.3影响计算机系统结构设计的主要因素16

1.4计算机系统结构的分类及其发展20

1.4.1并行性的概念20

1.4.2并行处理系统与多机系统22

1.4.3计算机系统结构的分类23

1.4.4计算机系统结构的未来发展24

1.5本章小结25

习题125

第2章 运算方法与运算器29

2.1计算机中的数据表示29

2.1.1计算机中常用数制29

2.1.2非数值型数据的表示30

2.1.3带符号数的表示32

2.1.4定点数和浮点数33

2.2定点数加、减法运算35

2.2.1补码定点加减运算方法35

2.2.2溢出判断与移位36

2.3定点数乘、除法运算39

2.3.1原码一位乘法39

2.3.2补码一位乘法41

2.3.3原码一位除法42

2.3.4补码一位除法45

2.4浮点运算介绍47

2.4.1浮点数加减法47

2.4.2浮点数乘除法48

2.5运算器的组成与结构49

2.5.1加法器49

2.5.2算术逻辑单元52

2.5.3定点运算器53

2.5.4浮点运算器56

2.6本章小结57

习题257

第3章 寻址方式与指令系统60

3.1指令格式与指令系统设计60

3.1.1指令格式60

3.1.2指令字长61

3.1.3指令的地址码63

3.1.4指令的操作码65

3.1.5指令系统设计67

3.2指令和数据的寻址方式68

3.2.1指令的寻址方式68

3.2.2操作数的寻址方式69

3.3指令类型75

3.3.1数据传送类指令75

3.3.2算术逻辑运算类指令76

3.3.3程序控制类指令76

3.3.4输入/输出类指令78

3.3.5串操作类指令78

3.3.6其他指令79

3.4 CISC与RISC79

3.4.1按CISC方向发展与改进指令系统79

3.4.2按RISC方向发展与改进指令系统82

3.4.3 Intel 80x86指令集的发展85

3.5本章小结87

习题387

第4章 控制器92

4.1控制器的功能、组成及类型92

4.1.1控制器的功能92

4.1.2控制器的组成93

4.1.3控制器的类型94

4.2时序控制与信息传送95

4.2.1时序系统的组成95

4.2.2时序控制方式96

4.2.3数据通路结构98

4.2.4信息传送及其微命令设置100

4.2.5信息传送控制方式102

4.3指令的执行流程104

4.3.1指令执行的基本步骤104

4.3.2指令周期的设置104

4.3.3取指令周期的操作流程106

4.3.4指令执行流程设计举例107

4.4组合逻辑控制器113

4.4.1组合逻辑控制器的组成与运行原理113

4.4.2组合逻辑控制器的设计114

4.4.3组合逻辑控制器的时序系统115

4.5微程序控制器116

4.5.1微程序控制的基本原理116

4.5.2微指令的编码方式118

4.5.3微地址的形成方式119

4.5.4微指令格式的设计121

4.5.5微程序设计124

4.6 Intel CPU内部组成的发展127

4.6.1 Intel 8086的内部组成127

4.6.2 Intel 80286的内部组成128

4.6.3 Intel 80386的内部组成129

4.6.4 Intel 80486的内部组成129

4.6.5 Intel Pentium的内部组成130

4.6.6 Intel Pentium 4的内部组成131

4.7本章小结133

习题4133

第5章 主存储器137

5.1存储器系统概述138

5.1.1存储器的分类138

5.1.2存储系统的层次结构143

5.1.3存储器的性能指标144

5.2动态存储单元与存储芯片148

5.2.1动态MOS存储单元148

5.2.2动态存储器的刷新151

5.2.3 DRAM动态存储器芯片152

5.3半导体只读存储器与芯片155

5.3.1只读存储器的分类155

5.3.2 E2PROM只读存储器157

5.3.3 Flash只读存储器157

5.4主存储器的设计与应用158

5.4.1主存储器设计的基本原则158

5.4.2主存储器的逻辑设计160

5.4.3主存储器与CPU的连接162

5.5本章小结166

习题5166

第6章 存储器的结构169

6.1并行主存储器系统170

6.1.1单体多字方式的并行主存系统170

6.1.2多体交叉存取方式的并行主存系统171

6.2高速缓冲存储器（Cache）172

6.2.1 Cache的工作原理172

6.2.2 Cache与主存储器的地址映像174

6.2.3 Cache的替换策略177

6.2.4 Cache的性能与结构179

6.3虚拟存储器180

6.3.1虚拟存储器概述180

6.3.2页式虚拟存储器182

6.3.3段式虚拟存储器183

6.3.4段页式虚拟存储器183

6.3.5虚拟存储器的工作过程184

6.4辅助存储器185

6.4.1磁盘存储器分类185

6.4.2磁盘的结构与原理186

6.4.3磁盘性能指标191

6.4.4光盘192

6.4.5 U盘194

6.5本章小结196

习题6196

第7章 系统总线198

7.1总线概述198

7.1.1总线的功能198

7.1.2系统总线的分类199

7.1.3总线的性能指标200

7.2系统总线的设计201

7.2.1系统总线的带宽201

7.2.2系统总线的结构201

7.2.3系统总线的时序控制204

7.2.4总线的仲裁205

7.3微型计算机的系统总线206

7.3.1微型计算机的前端总线206

7.3.2微型计算机的PCI总线207

7.4本章小结209

习题7209

第8章 输入/输出子系统211

8.1 I/O接口概述211

8.1.1 I/O接口的基本功能212

8.1.2 I/O接口的分类212

8.1.3 I/O接口技术的发展213

8.2 I/O接口与中断方式214

8.2.1中断方式概述214

8.2.2中断请求216

8.2.3中断判优逻辑的设计与实现218

8.2.4中断响应与中断处理220

8.2.5中断接口的组成224

8.2.6中断控制器举例——Intel 8259227

8.2.7中断接口举例——Intel 8255和Intel 8250229

8.3 I/O接口与DMA方式232

8.3.1 DMA方式的概念232

8.3.2 DMA传送方式与过程233

8.3.3 DMA的硬件组织234

8.3.4 DMA控制器的组成235

8.3.5 DMA控制器举例——Intel 8237238

8.3.6 DMA接口在磁盘系统中的应用242

8.4 I/O接口与通道方式246

8.4.1通道的功能246

8.4.2通道的类型248

8.4.3通道的工作过程249

8.5本章小结250

习题8250

第9章 流水线技术253

9.1流水线的工作原理253

9.1.1指令解释的一次重叠方式253

9.1.2指令解释的流水方式255

9.1.3流水线的分类258

9.1.4流水线性能分析260

9.2流水线的相关性及其处理262

9.2.1流水线的相关性262

9.2.2流水线的相关性处理265

9.2.3非线性流水线的调度265

9.3向量流水处理机269

9.3.1向量流水处理机的结构269

9.3.2向量处理机的性能指标270

9.4超标量与超流水线处理机271

9.4.1超标量处理机271

9.4.2超流水线处理机271

9.4.3超标量流水技术的实例——Intel Pentium272

9.5本章小结276

习题9276

第10章 多处理机技术279

10.1阵列处理机279

10.1.1阵列处理机的结构279

10.1.2阵列处理机的特点282

10.1.3互连网络及其实现282

10.2多处理机系统285

10.2.1多处理机系统的特点285

10.2.2多处理机系统的分类286

10.2.3多处理机的操作系统289

10.3本章小结289

习题10290

参考文献292