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第1章 计算机系统概论 1

1．1 计算机的语言 1

1．2 计算机的硬件 3

1．3 计算机系统的层次结构 4

1．4 电子计算机的发展简史 6

1．5 计算机的应用 12

习题 14

第2章 计算机的逻辑部件 15

2．1 三种基本逻辑操作及布尔代数的基本公式 15

2．2 逻辑函数的化简 16

2．2．1 代数化简法 16

2．2．2 卡诺图化简法 16

2．3 逻辑门的实现 18

2．4 计算机中常用的组合逻辑电路 18

2．4．1 加法器 19

2．4．2 算术逻辑单元 21

2．4．3 译码器 25

2．4．4 数据选择器 26

2．5 时序逻辑电路 26

2．5．1 触发器 26

2．5．2 寄存器和移位寄存器 30

2．5．3 计数器 31

2．6 阵列逻辑电路 33

2．6．1 只读存储器(ROM) 34

2．6．2 可编程序逻辑阵列(PLA) 36

2．6．3 可编程序阵列逻辑(PAL) 40

2．6．4 通用阵列逻辑(GAL) 41

2．6．5 门阵列(GA)、宏单元阵列(MA)、标准单元阵列(SCA) 44

2．6．6 可编程序门阵列(PGA) 52

习题 57

3．1 数据的表示方法和转换 59

3．1．1 数值型数据的表示和转换 59

第3章 运算方法和运算部件 59

3．1．2 十进制数的编码与运算 62

3．2 带符号的二进制数据在计算机中的表示方法及加减法运算 64

3．2．1 原码、补码、反码及其加减法运算 64

3．2．2 加减法运算的溢出处理 69

3．2．3 定点数和浮点数 70

3．3 二进制乘法运算 72

3．3．1 定点数一位乘法 72

3．3．2 定点数二位乘法 78

3．3．3 阵列乘法器 82

3．4 二进制除法运算 82

3．4．1 定点除法运算 82

3．4．2 提高除法运算速度的方法举例 87

3．5 浮点数的运算方法 89

3．5．1 浮点数的加减法运算 89

3．5．2 浮点数的乘除法运算 91

3．6 运算部件 94

3．7．1 奇偶校验码 96

3．7 数据校验码 96

3．7．2 海明校验码 97

3．7．3 循环冗余校验(CRC)码 100

习题 103

第4章 主存储器 105

4．1 主存储器处于全机中心地位 105

4．2 主存储器分类 105

4．4 主存储器的基本操作 106

4．3 主存储器的主要技术指标 106

4．5 读/写存储器(即随机存储器(RAM)) 107

4．6 非易失性半导体存储器 115

4．7 DRAM的研制与发展 117

4．8 半导体存储器的组成与控制 119

4．9 多体交叉存储器 124

4．9．1 编址方式 124

4．9．2 重叠与交叉存取控制 125

习题 126

5．1 指令系统的发展 127

第5章 指令系统 127

5．2 指令格式 128

5．2．1 指令格式 128

5．2．2 指令操作码的扩展技术 130

5．2．3 指令长度与字长的关系 131

5．3 数据表示 132

5．4 寻址方式(编址方式) 133

5．5 指令类型 137

5．5．1 指令的分类及功能 137

5．5．2 双字长运算(子程序举例) 144

5．6 指令系统的兼容性 145

5．7 精简指令系统计算机(RISC)和复杂指令系统计算机(CISC) 146

5．7．1 什么是复杂指令系统计算机 146

5．7．2 RISC的产生与发展 147

5．8．1 SPARC的指令系统 148

5．7．3 RISC的特点 148

5．8 指令系统举例 148

5．8．2 Pentium微处理器指令系统 151

5．8．3 IBM大型机指令系统 154

5．8．4 PDP11与VAX11基本指令格式简介 155

5．8．5 向量指令举例 156

5．9 机器语言、汇编语言和高级语言 158

习题 160

第6章 中央处理部件CPU 162

6．1 计算机的硬件系统 163

6．2 控制器的组成 167

6．2．1 控制器的功能 167

6．2．2 控制器的组成 168

6．2．3 指令执行过程 169

6．3 微程序控制计算机的基本工作原理 173

6．3．1 微程序控制的基本概念 173

6．3．2 实现微程序控制的基本原理 174

6．4 微程序设计技术 183

6．4．1 微指令的编译法(编码译码方法) 183

6．4．2 微程序流的控制 185

6．4．3 微指令格式 191

6．4．4 微程序控制存储器和动态微程序设计 194

6．4．5 微程序设计语言 198

6．5 硬布线控制的计算机 199

6．5．1 时序与节拍 200

6．5 2 操作控制信号的产生 201

6．5．3 控制器的组成 204

6．5．4 硬布线控制逻辑设计中的若干问题 206

6．5．5 硬布线控制与微程序控制的比较 208

6．6 控制器的控制方式 209

6．7 流水线工作原理 210

6．8 CPU举例 214

6．8．1 RISC的CPU 214

6．8．2 RISC的编译系统 223

6．8．3 Pentium微处理器 224

6．9 计算机的加电及控制过程 225

习题 228

第7章 存储系统 232

7．1 存储系统的层次结构 232

7．2 高速缓冲存储器(cache) 233

7．2．1 cache存储器工作原理 233

7．2．2 cache存储器组织 235

7．2．3 cache存储器举例 238

7．2．4 多层次cache存储器 241

7．3 虚拟存储器 243

7．3．1 虚拟存储器概述 243

7．3．2 页式虚拟存储器 244

7．3．3 段页式虚拟存储器 246

7．3．4 虚拟存储器工作的全过程 247

7．3．6 存储管理部件(MMU) 249

7．3．5 Pentium处理机的虚拟存储器 249

7．4 相联存储器 250

7．5 存储保护 251

习题 253

第8章 辅助存储器 255

8．1 辅助存储器的种类与技术指标 255

8．2 磁记录原理与记录方式 257

8．2．1 磁记录原理 257

8．2．2 磁记录介质与磁头 259

8．2．3 磁记录方式 261

8．3 硬磁盘存储器 267

8．3．1 硬磁盘存储器的种类及基本结构 267

8．3．2 硬磁盘驱动器(HDD)及硬磁盘控制器(HDC) 268

8．3．3 磁盘cache 271

8．3．4 磁盘阵列存储器 272

8．3．5 硬磁盘驱动器的发展动向 273

8．4．1 概述 274

8．4 软磁盘存储器 274

8．4．2 软磁盘片 275

8．4．3 软磁盘的记录格式 276

8．4．4 软磁盘驱动器和控制器 278

8．4．5 软磁盘驱动器发展动向 279

8．5 磁带存储器 280

8．5．1 概述 280

8．5．2 磁带机的结构 280

8．5．3 磁带的记录格式 283

8．5．4 循环冗余校验码(CRC) 284

8．5．5 磁带机的发展动向 286

8．6 光盘存储器 287

8．6．1 光盘存储器种类 288

8．6．2 光盘的读写原理 289

8．6．3 光盘存储器的组成 290

8．7 硬盘、软盘、磁带和光盘存储器的综合比较 291

习题 292

第9章 输入输出(I/O)设备 294

9．1 外部设备概述 294

9．2 输入设备 295

9．2．1 键盘 295

9．2．2 光笔、图形板和画笔(或游动标)输入 296

9．2．3 鼠标器、跟踪球和操作杆输入 297

9．2．4 触摸屏 298

9．2．5 图像输入设备(摄像机和数字照相机) 299

9．2．6 条形码及其技术 300

9．2．7 光学字符识别(OCR)技术和语音文字输入系统 302

9．3 输出设备——显示器 305

9．3．1 显示设备种类 305

9．3．2 显示技术中的有关术语 308

9．3．3 字符显示器 310

9．3．4 图形和图像显示 312

9．4 输出设备——打印机 313

9．4．1 点阵针式打印机 313

9．4．2 激光打印机 314

9．4．3 喷墨打印机 317

9．4．4 热转印打字机 320

9．4．5 打印机的发展趋势 321

9．5 汉字处理技术 321

9．5．1 汉字编码标准 321

9．5．2 汉字的输入方法 322

9．5．3 汉字的存储 323

9．5．4 汉字的输出 324

习题 325

第10章 输入输出(I/O)系统 326

10．1 输入输出(I/O)系统概述 326

10．1．1 输入输出设备的编址及设备控制器的基本功能 326

10．1．2 I/O设备数据传送控制方式 327

10．2．1 中断的作用、产生和响应 329

10．2 程序中断输入输出方式 329

10．2．2 中断处理 332

10．2．3 程序中断设备接口的组成和工作原理 335

10．3 DMA输入输出方式 338

10．3．1 DMA三种工作方式 338

10．3．2 DMA控制器组成 339

10．3．3 DMA的数据传送过程 340

10．3．4 软盘接口逻辑电路举例 341

10．4 通道控制方式和外围处理机方式 342

10．4．1 I/O通道的种类 342

10．4．2 通道型I/O处理机(IOP)和外围处理机 344

10．5 总线结构 345

10．5．1 总线类型 346

10．5．2 总线组成 347

10．5．3 微机总线 349

10．6．1 IDE和EIDE接口 352

10．6 外设接口 352

10．6．2 SCSI接口 353

10．6．3 其他外设接口 355

习题 358

第11章 计算机系统 361

11．1 计算机系统概述 361

11．1．1 计算机系统的分类 361

11．1．2 提高计算机系统运算速度的方法 361

11．1．3 开放系统 362

11．1．4 计算机系统的性能评测 363

11．2 微机系统 365

11．2．1 Intel微处理器及个人计算机 365

11．2．2 PC的分类 371

11．2．3 家用PC 374

11．2．4 嵌入式计算机(工业PC和军用计算机) 375

11．2．5 智能卡 377

11．3．1 工作站 378

11．2．6 绿色计算机 378

11．3 工作站和服务器 378

11．3．2 服务器 380

11．4 多媒体计算机 380

11．4．1 概述 380

11．4．2 多媒体计算机系统的组成 381

11．4．3 多媒体计算机系统的关键技术 382

11．4．4 视频和音频信息的获取和回放 383

11．4．5 多媒体计算机的用途与实例 384

11．5 超级标量处理机、超级流水线处理机和超长指令字处理机 384

11．6 向量处理机 387

11．7 阵列处理机和多处理机系统 389

11．7．1 SIMD并行处理机系统(阵列处理机系统) 389

11．7．2 多处理机系统 390

11．7．3 SGI Origin多处理机体系结构 393

11．8．1 什么是计算机网络 397

11．8 计算机网络 397

11．8．2 网络的组成 398

11．8．3 网络协议 400

11．8．4 Internet(因特网) 402

习题 404

第12章 计算机硬件设计和实现导论 406

12．1 计算机硬件的总体设计 406

12．1．1 计算机硬件设计过程 406

12．1．2 指令系统的模拟与仿真 410

12．1．3 微程序设计自动化 411

12．1．4 逆向工程的概念 412

12．2 专用集成电路ASIC设计概述 412

12．2．1 专用集成电路的设计过程 413

12．2．2 硬件描述语言(VHDL) 415

习题 421

习题答案 423

参考文献 437