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CONTENTS 1

第1章概论 1

1.1电子计算机与存储程序控制 1

1.1.1电子计算机的发展 1

目 录 1

1.1.2存储程序概念 2

1.2计算机的硬件组成 3

1.2.1计算机的主要部件 4

1.2.2计算机的总线结构 5

1.2.3大、中型计算机的典型结构 6

1.2.4不同对象观察到的计算机硬件系统 7

1.3计算机系统 9

1.3.1硬件与软件的关系 9

1.3.2系列机和软件兼容 10

1.3.3计算机系统的多层次结构 10

1.4.1计算机的工作过程 12

1.3.4实际机器和虚拟机器 12

1.4计算机的工作过程和主要性能指标 12

1.4.2计算机的主要性能指标 13

习题 15

第2章数据的机器层次表示 16

2.1数值数据的表示 16

2.1.1计算机中的数值数据 16

2.1.2无符号数和带符号数 17

2.1.3原码表示法 17

2.1.4补码表示法 18

2.1.5反码表示法 20

2.1.6三种码制的比较与转换 21

2.2机器数的定点表示与浮点表示 22

2.2.1定点表示法 22

2.2.2浮点表示法 24

2.2.3浮点数阶码的移码表示法 26

2.2.4定点、浮点表示法与定点、浮点计算机 28

2.2.5浮点数尾数的基数 29

2.2.6实用浮点数举例 30

2.3非数值数据的表示 32

2.3.1字符和字符串的表示 32

2.3.2汉字的表示 34

2.3.3统一代码 36

2.4十进制数和数串的表示 36

2.4.1十进制数的编码 37

2.4.2十进制数串 38

2.5现代微型计算机系统中的数据表示举例 39

2.6数据校验码 41

2.6.1奇偶校验码 41

2.6.2海明校验码 44

2.6.3循环冗余校验码 47

习题 49

3.1.1机器指令的基本格式 52

第3章指令系统 52

3.1指令格式 52

3.1.2地址码结构 53

3.1.3指令的操作码 55

3.2寻址技术 57

3.2.1编址方式 58

3.2.2指令寻址和数据寻址 59

3.2.3基本的数据寻址方式 59

3.2.4变型或组合寻址方式 65

3.3堆栈与堆栈操作 68

3.3.1堆栈结构 68

3.3.2堆栈操作 70

3.4指令类型 70

3.4.1数据传送类指令 70

3.4.2运算类指令 71

3.4.3程序控制类指令 73

3.4.4输入输出类指令 74

3.4.5 80x86指令系统举例 75

习题 78

第4章数值的机器运算 81

4.1基本算术运算的实现 81

4.1.1加法器 81

4.1.2进位的产生和传递 82

4.1.3并行加法器的快速进位 83

4.2定点加减运算 86

4.2.1原码加减运算 86

4.2.2补码加减运算 87

4.2.3补码的溢出判断与检测方法 89

4.2.4补码定点加减运算的实现 91

4.3带符号数的移位和舍入操作 92

4.3.1带符号数的移位操作 93

4.3.2带符号数的舍入操作 94

4.4.1原码一位乘法 95

4.4定点乘法运算 95

4.4.2补码一位乘法 98

4.4.3补码两位乘法 101

4.4.4阵列乘法器 103

4.5定点除法运算 104

4.5.1原码除法运算 104

4.5.2补码除法运算 109

4.5.3阵列除法器 112

4.6规格化浮点运算 112

4.6.1浮点加减运算 112

4.6.2浮点乘除运算 115

4.6.3浮点运算器的实现 116

4.7十进制整数的加法运算 117

4.7.1一位十进制加法运算 117

4.7.2十进制加法器 119

4.7.3多位十进制加法 120

4.8逻辑运算与实现 121

4.9运算器的基本组成与实例 123

4.9.1运算器结构 123

4.9.2 ALU举例 125

4.9.3浮点运算器举例 127

习题 129

第5章存储系统和结构 131

5.1存储系统的组成 131

5.1.1存储器分类 131

5.1.2存储系统层次结构 133

5.2主存储器的组织 134

5.2.1主存储器的基本结构 134

5.2.2主存储器的存储单元 135

5.2.3主存储器的主要技术指标 136

5.2.4数据在主存中的存放 137

5.3半导体随机存储器和只读存储器 138

5.3.1 RAM记忆单元电路 138

5.3.2动态RAM的刷新 141

5.3.3 RAM芯片分析 143

5.3.4半导体只读存储器 146

5.3.5半导体存储器的封装 148

5.4主存储器的连接与控制 149

5.4.1主存容量的扩展 149

5.4.2存储芯片的地址分配和片选 151

5.4.3主存储器和CPU的连接 154

5.4.4主存的校验 156

5.4.5 PC系列微型计算机的存储器接口 157

5.5提高主存读写速度的技术 161

5.5.1主存与CPU速度的匹配 161

5.5.2 FPM DRAM 161

5.5.3 EDO DRAM 162

5.5.4 SDRAM 162

5.5.5 DDR SDRAM 163

5.5.6 Rambus DRAM 163

5.6多体交叉存储技术 164

5.6.1并行访问存储器 165

5.6.2交叉访问存储器 165

5.7高速缓冲存储器 167

5.7.1高速缓存工作原理 167

5.7.2 Cache的读写操作 168

5.7.3地址映像 168

5.7.4替换算法 169

5.7.5更新策略 170

5.7.6 PC机中Cache技术的实现 171

5.8虚拟存储器 172

5.8.1虚拟存储器的基本概念 172

5.8.2页式虚拟存储器 173

5.8.3段式虚拟存储器 174

5.8.4段页式虚拟存储器 174

5.8.5快表与慢表 175

习题 176

第6章中央处理器 179

6.1 中央处理器的功能和组成 179

6.1.1 CPU的功能 179

6.1.2 CPU中的主要寄存器 179

6.1.3 CPU的组成 181

6.1.4 CPU的主要技术参数 182

6.2控制器的组成和实现方法 184

6.2.1控制器的基本组成 184

6.2.2控制器的硬件实现方法 186

6.3时序系统与控制方式 187

6.3.1时序系统 187

6.3.2控制方式 189

6.3.3指令运行的基本过程 190

6.3.4指令的微操作序列 191

6.4微程序控制原理 194

6.4.1微程序控制的基本概念 194

6.4.2微指令编码法 195

6.4.3微程序控制器的组成和工作过程 198

6.4.4微程序入口地址的形成 199

6.4.5后继微地址的形成 200

6.4.6微程序设计 200

6.5控制单元的设计 203

6.5.1简单的CPU模型 203

6.5.2组合逻辑控制单元设计 206

6.5.3微程序控制单元设计 211

6.6流水线技术 214

6.6.1重叠控制 214

6.6.2先行控制原理 215

6.6.3流水工作原理 216

6.7精简指令系统计算机 218

6.7.1从复杂指令系统到精简指令系统 219

6.7.2 RISC的特点和优势 219

6.7.3 RISC基本技术 220

习题 221

第7章外部设备 226

7.1外部设备概述 226

7.1.1外部设备的分类 226

7.1.2外部设备的地位和作用 227

7.2磁介质存储器的性能和原理 228

7.2.1磁介质存储器的读写 228

7.2.2磁介质存储器的技术指标 229

7.2.3数字磁记录方式 231

7.2.4编码方式的比较 233

7.3磁介质存储设备 235

7.3.1硬盘存储器的基本结构与分类 235

7.3.2硬盘驱动器 235

7.3.3硬盘的信息分布和磁盘地址 236

7.3.4硬盘存储器的技术参数 238

7.3.5硬盘控制逻辑 239

7.3.6硬盘的分区域记录 240

7.3.7软磁盘存储器 242

7.4.1 RAID简介 243

7.4磁盘阵列 243

7.4.2 RAID的分级 244

7.5光盘存储器 245

7.5.1光盘存储器的类型 245

7.5.2光盘存储器的组成及工作原理 246

7.5.3光盘驱动器 248

7.5.4 DVD 249

7.6新型辅助存储器 250

7.6.1大容量可移动存储器 251

7.6.2闪存卡和USB电子盘 253

7.7键盘输入设备 254

7.7.1键开关与键盘类型 254

7.7.2键盘扫描 255

7.7.3微型计算机键盘 256

7.8.1鼠标器 259

7.8其他输入设备 259

7.8.2其他定位设备 260

7.8.3扫描仪 260

7.9打印输出设备 263

7.9.1打印机概述 263

7.9.2打印机的主要性能指标 264

7.9.3针式打印机工作原理 265

7.9.4喷墨打印机工作原理 267

7.9.5激光打印机工作原理 268

7.10显示设备 269

7.10.1显示器概述 269

7.10.2 CRT显示器 270

7.10.3字符显示器的工作原理 273

7.10.4图形显示器的工作原理 276

7.10.5 LCD显示器 278

7.10.6视频显示标准 280

习题 281

第8章输入输出系统 284

8.1主机与外设的连接 284

8.1.1输入输出接口 284

8.1.2接口的功能和基本组成 285

8.1.3外设的识别与端口寻址 287

8.1.4输入输出信息传送控制方式 289

8.2程序查询方式及其接口 290

8.2.1程序查询方式 290

8.2.2程序查询方式接口 292

8.3中断系统和程序中断方式 294

8.3.1中断的基本概念 294

8.3.2中断请求和中断判优 296

8.3.3中断响应和中断处理 300

8.3.4多重中断与中断屏蔽 303

8.3.5中断全过程 307

8.3.6程序中断接口结构 307

8.4.1 DMA方式的基本概念 309

8.4 DMA方式及其接口 309

8.4.2 DMA接口 310

8.4.3 DMA传送方法与传送过程 313

8.5通道控制方式 316

8.5.1通道的基本概念 316

8.5.2通道的类型与结构 317

8.5.3通道程序 320

8.5.4通道工作过程 322

8.6总线技术 323

8.6.1总线通信控制 323

8.6.2总线管理 325

8.6.3总线类型和总线标准 327

8.6.4 I/O接口标准 330

习题 333

索引 336

参考文献 347