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第1章 概论 1

1.1 计算机的基本概念 1

1.1.1 信息的数字化表示 2

1.1.2 存储程序工作方式 5

1.1.3 计算机的分类 6

1.2 计算机的诞生和发展 8

1.2.1 冯·诺依曼体系 8

1.2.2 计算机发展历程 9

1.2.3 未来的发展趋势 12

1.3 计算机系统的组织 13

1.3.1 硬件系统 13

1.3.2 软件系统 18

1.3.3 硬件、软件系统层次结构 20

1.3.4 硬件、软件功能划分与逻辑等价 23

1.4 计算机的特点与性能指标 24

1.4.1 计算机的特点 24

1.4.2 计算机的主要性能指标 24

习题1 28

第2章 数据的表示、运算与校验 29

2.1 数值型数据的表示 29

2.1.1 进位计数制 29

2.1.2 带符号数的表示 35

2.1.3 定点数与浮点数 40

2.2 字符型数据的表示 46

2.3 运算方法 48

2.3.1 定点加减运算 48

2.3.2 溢出的判断与移位 50

2.3.3 定点乘法运算 53

2.3.4 定点除法运算 60

2.3.5 浮点四则运算 65

2.4 常用的数据校验方法 67

2.4.1 奇偶校验 68

2.4.2 海明校验 69

2.4.3 循环冗余校验 71

习题2 73

第3章 CPU子系统 75

3.1 概述 75

3.1.1 CPU的基本组成 75

3.1.2 CPU的工作原理 81

3.1.3 CPU的指令集类型 82

3.1.4 CPU的发展历程 83

3.2 指令系统 86

3.2.1 指令格式 86

3.2.2 寻址方式 92

3.2.3 指令的功能和类型 107

3.3 CPU的基本模型 115

3.3.1 CPU设计步骤 116

3.3.2 模型机的指令系统 116

3.3.3 模型机的组成与数据通路 120

3.4 运算部件 124

3.4.1 加法单元 124

3.4.2 加法器与进位逻辑 125

3.4.3 算术逻辑运算部件 128

3.4.4 运算器的组织 132

3.5 组合逻辑控制方式 134

3.5.1 组合逻辑控制器时序系统 135

3.5.2 指令流程与操作时间表 136

3.5.3 微命令的综合与产生 146

3.6 微程序控制方式 148

3.6.1 微程序控制的基本原理 148

3.6.2 微指令编码与微地址形成 150

3.6.3 模型机微指令格式 153

3.6.4 模型机的微程序设计 155

3.7 CPU性能的提升技术 162

3.7.1 流水线技术 162

3.7.2 SMT与超线程 167

3.7.3 多核技术 168

3.8 经典处理器介绍 171

3.8.1 Intel 8086/8088 172

3.8.2 Intel 80386/80486 175

3.8.3 Pentium微处理器 178

3.8.4 Alpha微处理器 180

3.8.5 CRAY-1 181

3.8.6 Transputer 183

习题3 184

第4章 存储子系统 186

4.1 概述 186

4.1.1 存储系统的层次结构 186

4.1.2 物理存储器与虚拟存储器 190

4.1.3 存储器的分类 190

4.1.4 存储器的技术指标 193

4.2 半导体存储原理 194

4.2.1 双极型存储单元 194

4.2.2 静态MOS存储单元 197

4.2.3 动态MOS存储单元 201

4.2.4 半导体只读存储器 206

4.3 主存储器的组织 210

4.3.1 主存的设计原则 210

4.3.2 主存的逻辑设计 212

4.3.3 主存的外部连接方式 214

4.3.4 常见的主存芯片技术 217

4.3.5 存储器的刷新与校验 220

4.4 磁表面存储原理 223

4.4.1 存储介质与磁头 223

4.4.2 读写原理 224

4.4.3 磁记录的编码方式 226

4.5 磁盘存储器及其接口 230

4.5.1 软盘存储器 231

4.5.2 硬盘存储器 234

4.5.3 技术指标与数据校验 243

4.5.4 磁盘适配器 245

4.5 光学存储及器件 248

4.5.1 光存储原理 248

4.5.2 光盘存储器 250

4.5.3 光盘驱动器及其发展方向 251

4.6 存储系统性能的改进措施 254

4.6.1 高速缓冲存储器 255

4.6.2 虚拟存储器 261

4.6.3 双端口存储器 266

4.6.4 并行存储器 266

4.6.5 联想存储器 270

习题4 272

第5章 总线与输入／输出子系统 274

5.1 概述 274

5.1.1 总线简介 275

5.1.2 接口的功能与类型 276

5.1.3 输入／输出控制方式 279

5.2 总线 281

5.2.1 总线的特性与分类 282

5.2.2 总线的标准 284

5.2.3 总线的设计要素 285

5.2.4 PCI总线介绍 292

5.3 直接程序传输方式与接口 295

5.4 中断方式与接口 296

5.4.1 中断的相关概念 296

5.4.2 中断请求 301

5.4.3 中断判优 302

5.4.4 中断响应 306

5.4.5 中断处理 309

5.4.6 中断接口组成模型 312

5.4.7 典型中断接口举例 315

5.5 DMA方式与接口 318

5.5.1 DMA方式基本概念 318

5.5.2 DMA控制器与接口的连接 321

5.5.3 DMA控制器的组成 325

5.5.4 DMA传输操作过程 329

5.5.5 典型DMA接口举例 330

5.6 IOP和PPU 335

5.6.1 通道的系统结构 335

5.6.2 通道的类型 336

5.6.3 通道的工作原理 337

习题5 340

第6章 输入／输出设备及接口 341

6.1 概述 341

6.1.1 输入／输出设备的一般功能 341

6.1.2 输入／输出设备的类型 342

6.1.3 输入／输出设备与主机之间的信息交换 345

6.2 键盘及接口 346

6.2 1键盘的类型 346

6.2.2 硬件扫描键盘 349

6.2.3 软件扫描键盘 350

6.3 显示设备及接口 353

6.3.1 显示器的分类 353

6.3.2 显示器的成像原理 354

6.3.3 CRT显示器 361

6.3.4 LCD显示器 367

6.3.5 显示适配器及工作原理 374

6.4 打印设备及接口 378

6.4.1 概述 378

6.4.2 打印机的性能指标 380

6.4.3 点阵针式打印机 381

6.4.4 喷墨打印机 385

6.4.5 激光打印机 387

6.4.6 打印机适配器 390

6.4.7 3D打印技术简介 391

6.5 其他输入／输出设备 392

6.5.1 光学字符识别设备 392

6.5.2 图形图像输入设备 393

6.5.3 语音识别设备 395

6.5.4 条形码与二维码识别仪 396

习题6 399

第7章 计算机硬件系统模型 400

7.1 模型机系统及信号互连 400

7.1.1 系统组成 400

7.1.2 系统总线 401

7.1.3 各部件的信号线 402

7.2 模型机典型I/O操作举例 406

7.2.1 直接程序传输方式的I/O操作 406

7.2.2 中断方式下的I/O操作 407

7.2.3 DMA方式下的I/O操作 408

7.3 系统配置举例 409

习题7 411

参考文献 412