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第1章 计算机系统概述 1

1.1 计算工具的进步轨迹 1

1.1.1 神奇的算盘和算筹——软件与硬件的起源 1

1.1.2 提花机的启示与巴贝奇分析机——内程序计算机的最早实践 5

1.1.3 帕斯卡加法器——内动力计算机的尝试 7

1.1.4 从八卦图到布尔代数——电子数字计算机的理论基础 11

1.1.5 诺依曼电子数字计算机体系的确立 19

1.1.6 操作系统——计算机的自我管理 22

1.1.7 现代计算机系统结构 25

1.1.8 自动计算机理论的再讨论 27

1.2 0、1编码 27

1.2.1 数字系统中的信息单位与量级 27

1.2.2 十进制数与二进制数的转换 28

1.2.3 八进制、十六进制和BCD码 30

1.2.4 原码、反码、补码和移码 31

1.2.5 浮点数与定点数 34

1.2.6 声音的0、1编码 36

1.2.7 图形图像的0、1编码 37

1.2.8 文字的0、1编码 39

1.2.9 指令的0、1编码与计算机程序设计语言 43

1.2.10 数据传输中的差错检验 44

1.3 电子数字计算机的基本原理 48

1.3.1 电子数字计算机的运算器 48

1.3.2 计算机存储器 50

1.3.3 计算机控制器 54

1.3.4 总线 56

1.3.5 计算机中的时序控制 57

1.4 冯·诺依曼计算机体系的改进 59

1.4.1 冯·诺依曼瓶颈 59

1.4.2 并行与共享 60

1.4.3 哈佛结构 63

1.4.4 拟态计算机 64

1.5 计算机性能评测 64

1.5.1 计算机的主要性能指标 64

1.5.2 计算机性能测试工具 69

1.5.3 天梯图 71

习题 74

第2章 存储系统 77

2.1 主存储器概述 77

2.1.1 ROM元件 77

2.1.2 RAM元件与存储结构 79

2.1.3 DRAM元件与基本存储结构 82

2.2 主存储体组织 85

2.2.1 内存条结构 85

2.2.2 存储体的基本扩展方式 87

2.2.3 Bank 89

2.2.4 并行存储器 90

2.2.5 并行处理机的主存储器 93

2.3 DRAM内部操作与性能参数 94

2.3.1 SDRAM的主要引脚 94

2.3.2 SDRAM的读写时序 95

2.3.3 突发传输 97

2.3.4 数据掩码 98

2.3.5 DRAM的动态刷新 99

2.3.6 芯片初始化与预充电 102

2.3.7 存储器控制器 104

2.3.8 RAM的一般性能参数 104

2.3.9 DDR SDRAM与RDRAM 107

2.4 磁盘存储器 109

2.4.1 磁表面存储原理 109

2.4.2 硬磁盘存储器的存储结构 111

2.4.3 磁盘格式化 112

2.4.4 硬磁盘存储器与主机的连接 115

2.4.5 硬磁盘存储器的技术参数 118

2.4.6 磁盘阵列 120

2.5 光盘存储器 123

2.5.1 光盘的技术特点与类型 123

2.5.2 可擦写型光盘读写原理 124

2.5.3 光盘规格 124

2.6 闪速存储器 127

2.6.1 闪存原理 128

2.6.2 固态硬盘 128

2.7 存储体系 131

2.7.1 多级存储体系的建立 131

2.7.2 多级存储体系的性能参数 132

2.7.3 Cache-主存机制 133

2.7.4 虚拟存储器 138

2.8 未来记忆元件 141

2.8.1 磁随机存取存储器 141

2.8.2 铁电随机存取存储器 142

2.8.3 相变随机存取存储器 143

2.8.4 阻变随机存取存储器 144

习题 145

第3章 总线与主板 148

3.1 总线的概念 148

3.1.1 总线及其规范 148

3.1.2 总线分类 149

3.1.3 总线的性能指标 152

3.1.4 标准总线 153

3.2 总线工作原理 154

3.2.1 总线的组成与基本传输过程 154

3.2.2 总线的争用与仲裁 155

3.2.3 总线通信中主从之间的时序控制 157

3.3 几种标准系统总线分析 161

3.3.1 ISA总线 161

3.3.2 PCI总线 163

3.3.3 AGP总线 166

3.3.4 PCI-Express总线 168

3.4 几种标准I/O总线分析 169

3.4.1 ATA与SATA总线 169

3.4.2 SCSI与SAS总线 171

3.4.3 USB总线 174

3.4.4 光纤总线 178

3.4.5 AMR和CNR 178

3.5 微型计算机主板 179

3.5.1 主板的概念 179

3.5.2 主板的组成 180

3.5.3 主板架构及其进展 185

3.5.4 主板选择参数 188

3.5.5 主板整合技术 191

3.5.6 智慧型主板技术 191

习题 193

第4章 输入输出系统 195

4.1 外围设备 195

4.1.1 外部设备及其发展 195

4.1.2 键盘 198

4.1.3 鼠标 201

4.1.4 打印设备 202

4.1.5 显示器 210

4.1.6 触摸屏 220

4.1.7 虚拟现实设备 223

4.2 I/O过程的程序直接控制 225

4.2.1 I/O过程的程序无条件传送控制方式 225

4.2.2 I/O过程的程序查询传送方式 225

4.3 I/O过程的程序中断控制 227

4.3.1 程序中断控制的核心概念 227

4.3.2 中断关键技术 230

4.3.3 中断接口 234

4.3.4 多重中断 235

4.4 I/O数据传送的DMA控制 236

4.4.1 DMA的基本概念 236

4.4.2 DMA与CPU共享存储器冲突的解决方案 237

4.4.3 DMA控制器 239

4.4.4 DMA传送过程 240

4.4.5 DMA与中断方式比较 241

4.5 I/O过程的通道控制 242

4.5.1 通道控制及其特点 242

4.5.2 通道控制原理 244

4.5.3 通道类型 246

4.6 I/O接口 247

4.6.1 影响I/O设备与计算机连接的主要因素 248

4.6.2 I/O接口的功能与类型 249

4.6.3 I/O接口结构 250

4.6.4 缓冲 251

4.6.5 I/O端口 252

4.7 I/O设备适配器 253

4.7.1 显卡 254

4.7.2 声卡 256

4.7.3 网卡 259

4.8 I/O管理 261

4.8.1 设备驱动程序 261

4.8.2 ROM BIOS 262

习题 265

第5章 控制器逻辑 268

5.1 处理器的外特性——指令系统 268

5.1.1 指令系统与汇编语言概述 268

5.1.2 寻址方式 271

5.1.3 Intel 8086指令简介 276

5.1.4 CISC与RISC 283

5.1.5 指令系统的设计内容 287

5.2 组合逻辑控制器 287

5.2.1 指令的微操作分析 288

5.2.2 指令的时序控制与时序部件 290

5.2.3 组合逻辑控制器设计举例 292

5.3 微程序控制器 295

5.3.1 概述 295

5.3.2 微程序操作控制部件的组成 295

5.3.3 微程序操作控制部件设计举例 296

习题 299

第6章 处理器架构 302

6.1 流水线技术 302

6.1.1 指令流水线 302

6.1.2 运算流水线 304

6.1.3 流水线中的相关冲突 305

6.1.4 流水线中的多发射技术 307

6.1.5 Pentium CPU 309

6.1.6 流水线向量处理机 312

6.2 多处理器系统 316

6.2.1 多计算机系统与多处理器系统 316

6.2.2 SMP架构 317

6.2.3 多处理器操作系统 319

6.3 多线程处理器 320

6.3.1 多线程处理器架构的提出 320

6.3.2 同时多线程技术 322

6.3.3 超线程处理器 324

6.4 多核处理器 327

6.4.1 多核处理器及其特点 327

6.4.2 多核＋多线程——CMT技术 329

6.5 关于处理器并行性开发的讨论 329

6.5.1 并行性及其级别 329

6.5.2 基于并行性的处理器体系Flynn分类 331

6.5.3 处理器并行性开发的思路与途径 333

习题 334

第7章 未来计算机展望 337

7.1 非冯·诺依曼体系计算机的探索 337

7.1.1 数据流计算机 337

7.1.2 归约机 339

7.1.3 智能计算机 341

7.1.4 神经网络计算机 343

7.2 未来计算机元器件展望 349

7.2.1 摩尔定律及其影响 349

7.2.2 突破传统微电子工艺的努力 351

7.2.3 纳米电子器件 353

7.2.4 量子计算机 356

7.2.5 光学计算机 358

7.2.6 超导技术 359

7.2.7 生物计算机 360

习题 363

附录A 国内外常用二进制逻辑元件图形符号对照图 364

参考文献 366