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第1章 计算机系统概论 1

1.1计算机的发展 1

1.2计算机的硬件组成 2

1.2.1计算机的硬件框图 2

1.2.2计算机系统的主要技术指标 4

1.3计算机系统的层次结构 8

1.3.1计算机硬件 8

1.3.2计算机软件 8

1.3.3计算机系统的层次结构简介 9

1.3.4计算机工作过程 10

1.3.5计算机组成与计算机系统结构的关系 12

1.4系统结构的发展 12

本章小结 13

习题 15

第2章 运算方法与运算器 16

2.1数据的表示方法 16

2.1进位计数制及其相互转换 16

2.1.2真值和机器数 19

2.1.3十进制数的二进制编码 24

2.1.4字符和字符串 25

2.2数的定点表示和浮点表示 28

2.2.1定点数 28

2.2.2浮点数 29

2.3定点数的移位运算 31

2.4定点数的加减运算 33

2.4.1补码的加减运算及溢出判断 33

2.4.2移码的加减运算及溢出判断 34

2.5加法器和算术逻辑单元 35

2.5.1加法器 35

2.5.2算术逻辑单元 39

2.6定点乘法运算 42

2.6.1定点原码一位乘 42

2.6.2补码一位乘 46

2.6.3原码两位乘 49

2.6.4补码两位乘 52

2.6.5阵列乘法器 54

2.7定点除法运算 56

2.7.1原码一位除 56

2.7.2补码一位除 58

2.8浮点运算 59

2.8.1浮点数的加减法运算 59

2.8.2浮点数的乘除法运算 62

2.9运算器的基本结构 63

2.9.1定点运算部件 63

2.9.2浮点运算部件 64

2.9.3定点运算器的基本结构 64

2.10数据校验码 65

2.10.1基本概念 66

2.10.2奇偶校验码 67

2.10.3海明校验码 68

2.10.4循环冗余校验码 70

本章小结 73

习题 78

第3章 存储系统 81

3.1存储系统概述 81

3.1.1存储器分类 82

3.1.2主存储器的主要性能指标 83

3.1.3存储系统的层次结构 83

3.2主存储器 84

3.2.1静态存储器 85

3.2.2动态存储器 89

3.2.3 RAM芯片实例 91

3.2.4存储控制 93

3.2.5 DRAM与SRAM的比较 94

3.3半导体存储器的容量扩展 94

3.4双端口存储器和多体交叉存储器 99

3.4.1双端口存储器 99

3.4.2多体交叉存储器 100

3.5高速缓冲存储器 101

3.5.1 Cache的基本工作原理 102

3.5.2 Cache地址映像 103

3.5.3 Cache替换算法 106

3.5.4 Cache性能分析 107

3.6虚拟存储器 110

3.6.1虚拟存储器概述 110

3.6.2页式虚拟存储器 112

3.6.3段页式虚拟存储器 114

3.6.4虚拟存储器工作的全过程 115

3.6.5存储管理部件 116

3.7三级存储系统 117

3.7.1三级存储系统地址变换 117

3.7.2全Cache技术 118

本章小结 118

习题 123

第4章 指令系统 127

4.1指令的组成 127

4.2寻址技术 127

4.2.1立即数寻址方式 128

4.2.2寄存器寻址方式 128

4.2.3直接寻址方式 129

4.2.4间接寻址方式 129

4.2.5基址寻址方式 130

4.2.6变址寻址方式 130

4.2.7相对寻址方式 131

4.2.8堆栈寻址方式 131

4.3指令的格式设计 132

4.3.1操作码的编码方式 132

4.3.2地址码的编码设计 136

4.4指令系统的功能 137

4.4.1基本指令系统 137

4.4.2复杂指令系统 138

4.4.3精简指令系统 139

本章小结 140

习题 142

第5章 中央处理器 145

5.1 CPU的功能和基本结构 145

5.1.1 CPU的功能 145

5.1.2 CPU的组成 145

5.1.3 CPU中的主要寄存器 146

5.1.4 CPU的基本模型 148

5.2控制器的功能和组成 148

5.2.1指令的执行步骤 148

5.2.2控制器的功能 149

5.2.3控制器的组成 150

5.2.4控制器的硬件实现 152

5.3时序系统与控制方式 152

5.3.1指令周期和机器周期 152

5.3.2节拍和脉冲 153

5.3.3多级时序系统 154

5.3.4控制器的控制方式 155

5.4数据通路 156

5.4.1数据通路的概念 156

5.4.2数据通路的操作 157

5.5微程序控制器 161

5.5.1微程序控制器的基本概念 161

5.5.2实现微程序控制的基本原理 162

5.5.3微程序控制器 165

5.6微程序设计技术 166

5.6.1微命令的编码方式 166

5.6.2微地址的形成方式 168

5.6.3微指令格式设计 171

5.6.4动态微程序设计 172

5.6.5微指令的执行方式 173

5.7硬布线控制器 174

本章小结 176

习题 180

第6章 输入输出系统 183

6.1 I/O接口 183

6.1.1 I/O接口的特点、分类、基本功能与结构 183

6.1.2 I/O端口及其编址 185

6.1.3 I/O设备数据传送控制方式 186

6.2程序直接控制方式 186

6.3程序中断方式 187

6.3.1中断的基本概念 187

6.3.2中断处理 189

6.3.3中断判优 193

6.3.4中断向量的形成 195

6.4 DMA方式 196

6.4.1 DMA的工作方式 196

6.4.2 DMA控制器的功能与组成 199

6.4.3 DMA数据传送过程 200

6.4.4 DMA接口与系统的连接方式 202

6.4.5 DMA小结 203

6.5通道控制与外围处理机方式 204

6.5.1通道的类型 204

6.5.2通道型I/O处理机和外围处理机 205

6.6总线 207

6.6.1总线的基本概念 207

6.6.2总线的分类 207

6.6.3总线标准 208

6.6.4总线仲裁 210

6.6.5系统总线的信号组成 212

6.6.6总线的性能指标 216

6.6.7总线操作和定时 218

6.7 I/O设备 220

6.7.1概述 220

6.7.2输入设备 221

6.7.3输出设备 224

6.7.4外存储器 237

本章小结 246

习题 251

第7章 计算机系统结构 255

7.1计算机系统结构概论 255

7.1.1计算机系统结构定义 255

7.1.2计算机系统结构的Flynn分类 256

7.1.3计算机系统结构的发展 257

7.2计算机系统结构设计 259

7.2.1计算机系统结构设计的主要任务 259

7.2.2计算机系统结构设计的主要方法 260

7.2.3计算机系统结构设计的定量原理 261

7.2.4计算机系统结构设计的性能指标 262

7.2.5计算机系统结构设计中的并行处理技术 263

7.3标量处理机 265

7.3.1指令的重叠执行方式 265

7.3.2先行控制方式的原理和结构 266

7.4流水线处理机 271

7.4.1流水线工作原理 271

7.4.2流水线的分类 273

7.4.3线性流水线的性能分析 276

7.5超标量处理机和超流水线处理机 279

7.5.1超标量处理机 279

7.5.2超流水线处理机 281

7.5.3超标量超流水线处理机 283

7.6阵列处理机 285

7.7向量处理机 286

7.7.1向量的处理方式 286

7.7.2向量处理机的结构 288

7.8多处理机 289

7.8.1两种多处理机结构 289

7.8.2多处理机中的Cache一致性 291

7.9机群系统 292

7.9.1机群的基本结构和特点 292

7.9.2机群的分类 293

本章小结 293

习题 294

参考文献 297