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第1章　计算机系统 1

1.1　计算机系统的基本组成及其层次结构 1

1.2　计算机硬件的5个功能部件及其功能 4

1.3　计算机系统主要的技术与性能指标 6

1.4　计算机的体系结构、组成和实现概述 8

1.5　计算机发展进步、分类与拓展应用的进程 10

1.6　本章小结 13

1.7　习题与思考题 13

第2章　数字电路基础和常规器件选用实例 14

2.1　数字电路基础 14

2.1.1　半导体材料和晶体二极管简介 14

2.1.2　双极型三极管的结构及其伏安特性 16

2.1.3 MOS管的结构和它的伏安特性 17

2.2　基本逻辑门和布尔代数知识基础 19

2.2.1　最基本的逻辑门电路 19

2.2.2　布尔代数知识基础及其应用 21

2.3　组合逻辑电路及其应用 24

2.3.1　基本逻辑门器件 24

2.3.2　三态门器件 25

2.3.3　多路选择器 26

2.3.4　编码器和译码器 26

2.3.5　组合逻辑电路应用案例 28

2.4　时序逻辑电路及其应用 29

2.4.1　基本RS触发器 30

2.4.2 D触发器与寄存器、计数器器件 30

2.4.3　存储器芯片简介 31

2.4.4　时序逻辑电路应用案例 31

2.5　现场可编程逻辑器件及其应用 32

2.5.1　现场可编程器件简介 33

2.5.2　现场可编程器件的编程和应用 34

2.5.3　现场可编程器件应用案例 35

2.6　本章小结 41

2.7　习题与思考题 41

第3章　数据表示和运算方法 44

3.1　数字化信息编码的概念和二进制编码知识 44

3.1.1　数字化信息编码的概念 44

3.1.2　二进制编码和码制转换 44

3.1.3　检错纠错码 50

3.2　数据表示——常用的信息编码 54

3.2.1　逻辑型数据的表示 54

3.2.2　字符型数据的表示 54

3.2.3　多媒体信息编码 57

3.2.4　数值型数据的表示 59

3.3　二进制数值数据的编码方案与运算算法 63

3.3.1　原码、反码、补码的定义 63

3.3.2　补码加、减运算规则和电路实现 66

3.3.3　原码一位乘法、除法的实现方案 67

3.3.4　实现乘法、除法的其他方案 73

3.4　本章小结 74

3.5　习题与思考题 75

第4章　计算机的运算器部件 76

4.1　算术逻辑运算单元的线路实现 76

4.2　计算机的定点运算器 79

4.2.1　定点运算器的功能、组成与控制 79

4.2.2　示例计算机的运算器部件的功能、组成与实现 81

4.2.3 MIPS计算机多周期CPU系统中的运算器部件的组成与实现 85

4.3　浮点运算与浮点运算器 87

4.3.1　浮点数的运算规则 87

4.3.2　浮点运算器举例 93

4.4　提高运算器部件处理能力的可行途径 94

4.4.1　计算机性能的提高和并行性发展简介 94

4.4.2　提高计算机运算器处理能力的可行途径 95

4.5　本章小结 96

4.6　习题与思考题 97

第5章　指令系统和汇编语言程序设计 99

5.1　指令格式和指令系统概述 99

5.1.1　操作码的组织与编码 100

5.1.2　有关操作数的个数、来源、去向和地址安排 101

5.1.3　指令的分类 102

5.2　基本寻址方式概述 104

5.3　指令系统举例 106

5.3.1 MIPS计算机的指令系统 107

5.3.2 TH-FPGA示例计算机的指令系统 107

5.4　计算机的汇编语言程序设计 111

5.4.1　汇编语言程序设计中的有关概念 111

5.4.2　示例计算机的汇编语言程序设计举例 113

5.5　本章小结 116

5.6　习题与思考题 117

第6章　计算机的控制器部件 118

6.1　控制器的功能、组成与指令执行步骤概述 118

6.1.1　控制器部件的功能、组成简介 118

6.1.2　指令的执行步骤简介 119

6.2　硬连线控制器部件 121

6.2.1　硬连线控制器的组成和运行原理简介 121

6.2.2 TH-FPGA教学计算机系统实例 123

6.2.3 MIPS计算机的控制器部件 136

6.3　微程序的控制器部件 141

6.3.1　微程序控制器的基本组成和运行原理简介 141

6.3.2　微程序设计中的下地址形成逻辑和微程序设计 143

6.4　指令流水线的概念和实现技术 144

6.4.1　流水线的基本概念和主要性能指标 145

6.4.2　指令流水线中的相关问题及其解决思路 147

6.4.3 TH-FPGA系统中的指令流水线方案 148

6.4.4　指令级并行技术 153

6.5　本章小结 155

6.6　习题与思考题 155

第7章　多级结构的存储器系统 157

7.1　存储器系统概述 157

7.1.1　存储器的性能指标 158

7.1.2　存储器的分类 159

7.1.3　存储系统运行遵循的原理 161

7.2　主存部件的组成与设计 163

7.2.1　存储器芯片 164

7.2.2　主存的基本组成 168

7.2.3　教学计算机内存的组成与设计 171

7.2.4　摩尔定律与软件第一定律 174

7.3　外存储器设备与磁盘阵列技术 176

7.3.1　外存设备简介 176

7.3.2　磁盘设备的组成与运行原理 176

7.3.3　磁盘阵列技术与RAID盘 179

7.3.4　光盘存储设备的组成与运行原理 181

7.4 高速缓冲存储器 187

7.4.1　高速缓冲存储器的运行原理 187

7.4.2 Cache的3种地址映像方式 190

7.5　虚拟存储器概述 199

7.5.1　虚似存储器的功能与特点 199

7.5.2 3种虚拟存储器 200

7.5.3　虚似存储器与Cache的比较 202

7.6　本章小结 203

7.7　习题与思考题 203

第8章　输入／输出设备和输入／输出系统 205

8.1　基本输入／输出设备 205

8.1.1　输入／输出设备简介 205

8.1.2　点阵式设备运行原理简介 206

8.1.3　计算机键盘与鼠标的组成和运行原理 207

8.1.4　显示器的组成和运行原理 209

8.1.5　打印输出设备 213

8.2　计算机总线与接口 219

8.2.1　总线简介 219

8.2.2　总线仲裁和数据传输控制 222

8.2.3　输入／输出接口的基本功能 223

8.2.4　通用可编程接口的一般组成和串行接口实例 224

8.3　常用的输入／输出方式 229

8.3.1　常用的输入／输出方式简介 229

8.3.2　中断的概念和中断处理过程 231

8.3.3 DMA及其处理过程 235

8.4　本章小结 237

8.5　习题与思考题 238

第9章　并行计算机的体系结构 240

9.1　基础知识与基本概念 240

9.1.1　计算机体系结构的分类 240

9.1.2　并行计算机系统的性能问题 241

9.1.3　并行计算机系统的软件技术 243

9.2 SIMD计算机概述 246

9.3　基于共享内存的多处理机系统 247

9.3.1　一致性内存访问的多处理机系统 248

9.3.2　非一致性内存访问的多处理机系统 249

9.3.3　仅高速缓存访问的多处理机系统 249

9.4　基于消息传递的多计算机系统 250

9.4.1　大规模并行处理机 251

9.4.2　工作站集群 252

9.5　本章小结 252

9.6　习题与思考题 253

附录　逻辑符号对照表 254

参考文献 255