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第1章 计算机的逻辑部件 1

本章主要教学内容 1

1.1 三种基本逻辑操作及布尔代数的基本公式 1

1.2 逻辑函数的化简 2

1.2.1 代数化简法 2

1.2.2 卡诺图化简法 2

1.3 逻辑门的实现 4

1.4 计算机中常用的组合逻辑电路 5

1.4.1 加法器 5

1.4.2 算术逻辑单元 7

1.4.3 译码器 11

1.4.4 数据选择器 11

1.5 时序逻辑电路 12

1.5.1 触发器 12

1.5.2 寄存器和移位寄存器 16

1.5.3 计数器 18

1.6 阵列逻辑电路 20

1.6.1 只读存储器(ROM) 20

1.6.2 可编程序逻辑阵列(PLA) 21

1.6.3 可编程序阵列逻辑(PAL) 27

1.6.4 通用阵列逻辑(GAL) 27

1.6.5 门阵列(GA)、宏单元阵列(MCA)和标准单元阵列(SCA) 31

1.6.6 可编程序门阵列(PGA) 39

习题 44

第2章 数据表示、运算和运算器部件 47

本章主要教学内容 47

2.1 数字化信息编码的概念和二进制编码知识 47

2.1.1 数字化信息编码的概念 47

2.1.2 二进制编码和码制转换 48

2.1.3 检错纠错码 54

2.2.2 字符数据的表示 63

2.2.1 逻辑数据的表示 63

2.2 数据表示——常用的信息编码 63

2.2.3 数值型数据的表示 65

2.3 二进制数值数据的编码与运算算法 72

2.3.1 原码、反码、补码的定义 72

2.3.2 补码加、减运算规则 77

2.3.3 原码一位乘法的实现算法 78

2.3.4 定点补码一位乘法的实现算法 81

2.3.5 原码一位除法的实现算法 83

2.3.6 定点补码一位除法的实现算法 87

2.3.7 加速乘除法运算的有关算法介绍 88

2.4 运算器部件的组成与设计 93

2.4.1 运算器部件的功能与组成概述 93

2.4.2 位片结构的运算器芯片Am2901 94

2.4.3 教学计算机运算器的设计与实现 99

2.4.4 教学计算机的运算器使用实例 109

2.5.1 浮点数的运算规则 115

2.5 浮点运算与浮点运算器 115

2.5.2 浮点运算器举例 122

2.6 提高运算器部件处理能力的可行途径 128

2.6.1 计算机性能的演变和并行性发展概述 128

2.6.2 提高计算机运算器处理能力的可行途径 129

习题 130

第3章 指令、指令系统和控制器部件 133

本章主要教学内容 133

3.1 指令和指令系统概述 134

3.2 寻址方式 139

3.2.1 寻址方式概述 139

3.2.2 寻址方式举例 141

3.3 指令系统举例 143

3.3.1 TEC-2000 16位教学计算机的指令系统 144

3.3.2 PDP-11计算机指令系统介绍 155

3.3.3 NOVA(DJS-130)计算机指令系统介绍 159

3.4.1 控制器部件的功能和组成概述 161

3.4 控制器的功能、组成与指令执行步骤 161

3.4.2 指令的执行步骤概述 162

3.5 微程序控制器部件 166

3.5.1 微程序控制器的基本工作原理 166

3.5.2 TEC-2000 16位机微程序控制器的实际组成、设计与实现 170

3.5.3 TEC-2000教学计算机微程序控制器的教学实验 189

3.6 组合逻辑的控制器部件 191

3.6.1 组合逻辑控制器的组成和运行原理简介 191

3.6.2 16位机的组合逻辑控制器的组成、设计与实现 193

3.6.3 组合逻辑的控制器教学实验 227

3.7 提高指令执行速度的可行途径 228

3.7.1 指令流水的基本概念和实现思路 228

3.7.2 RISC计算机中的指令系统和指令流水线实例 229

3.7.3 RISC计算机中的通用寄存器组织和编译程序简介 232

3.8.1 TEC-2教学计算机指令系统介绍 233

3.8 TEC-2教学计算机的微程序的控制器部件 233

3.8.2 TEC-2教学计算机微程序控制器的设计与实现 243

3.8.3 自行设计新指令的微程序 264

3.8.4 在TEC-2000机系统中实现软件兼容的TEC-2机系统 269

习题 270

第4章 存储器系统 272

本章主要教学内容 272

4.1 存储器系统综述 272

4.1.1 存储器分类 273

4.1.2 存储器系统设计目标和解决思路 274

4.2 主存储器 276

4.2.1 主存储器概述 276

4.2.2 动态存储器的记忆原理和读写过程 278

4.2.3 静态存储器的存储原理和芯片内部结构 280

4.2.4 主存储器实现与应用中的几项技术 282

4.2.5 TEC-2000教学计算机主存储器的组成与设计 283

4.3.1 外存储设备概述 289

4.3 外存储器 289

4.3.2 磁盘设备和磁盘阵列技术 292

4.3.3 光盘设备与技术 300

4.4 高速缓冲存储器 307

4.4.1 层次存储器系统的运行原理和必须遵守的原则 307

4.4.2 高速缓冲存储器(cache) 309

4.4.3 Pentium机的cache管理 318

4.5.1 虚拟存储器概念 321

4.5 虚拟存储器 321

4.5.2 段式虚拟存储器 322

4.5.3 页式虚拟存储器系统 323

4.5.4 Pentium机的存储器管理 325

4.6 提高存储器系统性能的可行途径 328

4.6.1 本章内容小结 328

4.6.2 提高存储器系统性能的可行途径 329

习题 331

本章主要教学内容 333

第5章 输入输出设备与输入输出系统 333

5.1 输入输出设备 334

5.1.1 输入输出设备概述 334

5.1.2 点阵式设备运行原理 334

5.1.3 显示器设备的组成与运行原理 336

5.1.4 打印机设备的组成与运行原理 343

5.1.5 计算机键盘运行原理 347

5.2 输入输出系统 349

5.2.1 输入输出系统概述 349

5.2.2 计算机总线 350

5.2.3 输入输出接口概述 356

5.2.4 串行接口的内部组成与传送协议 358

5.2.5 并行接口芯片与并行输入输出操作 364

5.2.6 常用的输入输出方式 366

5.3 提高数据输入输出能力和可靠性的可行途径 374

习题 375

参考文献 377