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目录 1

第1章 概述 1

1.1 计算机系统的基本组成及其层次结构 1

1.2　计算机的体系结构、组成和实现 5

1.3　计算机系统发展进步与拓展应用的进程 7

本章小结 9

习题与思考题 10

第2章　数字电路基础和计算机中的逻辑部件 11

2.1　数字电路基础 11

2.1.1　半导体材料和晶体二极管简介 11

2.1.2　双极型三极管的结构及其伏安特性 12

2.1.3　MOS管的结构及其伏安特性 14

2.2　基本逻辑门和布尔代数知识基础 15

2.2.1　最基本的逻辑门电路 15

2.2.2　布尔代数知识基础 17

2.3　组合逻辑电路及其应用 23

2.3.1　基本逻辑门 23

2.3.2　三态门电路 24

2.3.3　数据选择器 26

2.3.4　译码器和编码器 27

2.3.5　组合逻辑电路应用举例 29

2.4　时序逻辑电路及其应用 32

2.4.1　基本R-S触发器 32

2.4.2　D型触发器与寄存器、计数器 33

2.4.3　时序逻辑电路应用举例 38

2.5　现场可编程器件及其应用 44

2.5.1　现场可编程器件概述 44

2.5.2　通用可编程器件GAL20V8的内部结构及编程使用 45

2.5.3 MACH器件的内部结构与编程使用 47

4.5　微程序控制器部件 1 50

2.5.4 FPGA器件及其在实现CPU功能中的应用 52

2.6　几个专用功能器件和存储器芯片的引脚图 54

本章小结 54

习题与思考题 56

第3章　数据表示、运算和运算器部件 57

3.1 数字化信息编码的概念和二进制编码知识 57

3.1.1 数字化信息编码的概念 57

3.1.2　二进制编码和码制转换 58

3.1.3　检错纠错码 64

3.2 数据表示——常用的信息编码 68

3.2.1 逻辑类型数据的表示 68

3.2.2　字符类型数据的表示 68

3.2.3　数值类型数据的表示 70

3.3　二进制数值数据的编码与运算算法 76

3.3.1 原码、反码、补码的定义 76

3.3.2　补码加、减运算规则和电路实现 81

3.3.3　原码一位乘法、除法的实现方案 83

3.3.4 补码一位乘法、除法和加速乘除法运算的有关思路 87

3.4　运算器部件的组成与设计 92

3.4.1　运算器部件概述 92

3.4.2　定点运算器部件概述 93

3.4.3 位片结构的运算器芯片Am2901 94

3.4.4 TEC-2000教学计算机运算器的设计与实现 99

3.5.1 浮点数的运算规则 105

3.5　浮点运算与浮点运算器 105

3.5.2　浮点运算器举例 112

本章小结 115

习题与思考题 115

第4章　指令、指令系统和控制器部件 118

4.1　指令格式和指令系统概述 119

4.1.1　操作码的组织与编码 120

4.1.2　操作数的个数、来源、去向和地址安排 121

4.1.3　指令的分类 122

4.2.1　基本寻址方式概述 124

4.2　寻址方式概述与应用实例 124

4.2.2　寻址方式应用举例 127

4.3　指令系统和汇编语言程序设计举例 129

4.3.1 教学计算机的指令系统说明 129

4.3.2　教学计算机的汇编程序设计举例 135

4.3.3 Pentium Ⅱ机的指令系统 141

4.3.4 Ultra SPARCⅡ机的指令系统 142

4.4 控制器的功能、组成与指令执行步骤 145

4.4.1 控制器部件的功能、组成概述 145

4.4.2　指令的执行步骤概述 146

4.5.1 微程序控制器的基本组成和工作原理 150

4.5.2 微程序设计中下地址形成逻辑的硬件技术 151

4.5.3 TEC-2000教学计算机微程序控制器的组成、设计与实现 155

4.5.4　微程序控制器教学实验 171

4.6　硬连线控制器部件 171

4.6.1 硬连线控制器的组成和运行原理简介 172

4.6.2　TEC-2000教学计算机硬连线控制器的组成、设计与实现 173

4.6.3　硬连线控制器教学实验 183

本章小结 184

习题与思考题 185

第5章 多级结构的存储器系统 187

5.1 三级结构的存储器系统概述 187

5.2　主存储器部件的组成与设计 189

5.2.1 主存储器概述 189

5.2.2 动态存储器的记忆原理和读写过程 190

5.2.3 静态存储器的存储原理和内部结构 193

5.2.4　提高主存储器系统性能的可行途径 194

5.2.5　教学计算机内存储器实例 198

5.3　外存储器设备与磁盘阵列技术 202

5.3.1　外存设备概述 202

5.3.2　磁盘设备的组成与运行原理 205

5.3.3　磁带机设备组成简介 210

5.3.4　光盘设备的组成与运行原理 212

5.3.5　磁盘阵列技术与容错支持 213

5.4　高速缓冲存储器 216

5.4.1 高速缓冲存储器的运行原理 217

5.4.2　高速缓冲存储器的3种映像方式 218

5.4.3　高速缓冲存储器实用中的几个问题 220

5.5　虚拟存储器部件 224

5.5.1 虚拟存储器的概念 224

5.5.2　段式存储管理 224

5.5.3　页式存储管理 226

本章小结 228

习题与思考题 228

第6章 输入输出设备与输入输出系统 231

6.1.2　点阵式设备运行原理综述 232

6.1　输入输出设备概述 232

6.1.1　输入输出设备 232

6.2　显示器设备的组成和运行原理 234

6.2.1　显示器设备概述 234

6.2.2　阴极射线管的组成和运行原理 235

6.2.3 CRT字符显示器的组成和运行原理 236

6.2.4　CRT图形显示器 238

6.2.5　计算机终端 239

6.2.6　液晶显示器的组成和运行原理 240

6.3　打印机设备的组成与运行原理 240

6.3.1 针式打印机的组成和打印过程 241

6.3.2 喷墨打印机的组成和印字过程 242

6.3.3　激光打印机的组成和印字过程 244

6.4　计算机的输入设备 245

6.4.1 计算机键盘的组成和运行原理 245

6.4.2 鼠标设备 246

6.5　计算机输入输出系统概述 247

6.6.1　计算机总线概述 248

6.6　计算机总线 248

6.6.2　计算机总线构成 249

6.6.3　总线仲裁和数据传输控制 250

6.6.4　教学计算机的总线系统实例 251

6.7　输入输出接口概述 254

6.7.1　输入输出接口的基本功能 254

6.7.2　通用可编程接口的一般组成 255

6.7.3　串行接口实例 255

6.8.1 常用的输入输出方式概述 261

6.8　常用的输入输出方式 261

6.8.2 中断的概念和中断处理过程 262

6.8.3 DMA的概念和DMA处理过程 266

本章小结 268

习题与思考题 269

附录A TEC-2000教学计算机的总体框图与功能部件逻辑图 271

附录B　新旧逻辑电路图形符号对照表 278

附录C　国内外电气图形符号对照表 279

参考文献 282