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第1章 概论1

1.1 计算机的发展与应用1

1.1.1 计算机的发展1

1.1.2 计算机的应用2

1.2 计算机系统的组成3

1.2.1 计算机的工作原理3

1.2.2 计算机的硬件组成4

1.2.3 计算机的软件组成7

1.2.4 系统组成的层次结构9

1.3 计算机的特点和性能指标11

1.3.1 计算机的工作特点11

1.3.2 计算机主要性能指标11

1.3.3 计算机分类13

习题14

第2章 运算方法与运算器15

2.1 数据信息的表示方法15

2.1.1 进位制与数制转换15

2.1.2 带符号数的表示20

2.1.3 数的定点表示与浮点表示21

2.1.4 非数值型数据的表示23

2.2 定点数加、减法运算26

2.2.1 补码加减运算的基本关系式26

2.2.2 补码加减运算规则26

2.3 溢出判断与移位27

2.3.1 溢出判断方法27

2.3.2 移位操作28

2.3.3 舍入处理30

2.4 定点数乘、除法运算30

2.4.1 原码一位乘法31

2.4.2 补码一位乘法33

2.4.3 原码两位乘法35

2.4.4 原码除法37

2.5 定点运算器的设计与组织40

2.5.1 加法单元的设计40

2.5.2 进位链的设计41

2.5.3 算术逻辑单元的设计43

2.5.4 运算器的组织46

2.6 浮点运算介绍48

2.6.1 浮点加减运算介绍48

2.6.2 浮点乘除运算介绍49

2.6.3 浮点运算器介绍50

习题51

第3章 指令系统53

3.1 指令格式53

3.1.1 机器指令格式53

3.1.2 指令字长54

3.1.3 指令的地址码55

3.1.4 指令的操作码57

3.2 指令和数据的寻址方式59

3.2.1 指令的寻址方式59

3.2.2 操作数的寻址方式60

3.3 指令系统的设计67

3.3.1 指令系统的设计原则67

3.3.2 指令的功能和类型69

3.4 典型指令系统74

3.4.1 Ultra SPARC Ⅱ的指令系统74

3.4.2 Pentium Ⅱ的指令系统76

习题79

第4章 中央处理器81

4.1 CPU概述82

4.1.1 CPU的功能82

4.1.2 基本组成82

4.1.3 控制器分类84

4.2 CPU的时序控制与信息交换85

4.2.1 时序控制方式85

4.2.2 CPU内部的数据通路结构87

4.2.3 CPU内部的信息交换90

4.2.4 CPU与外部的信息交换91

4.3 组合逻辑控制器95

4.3.1 组合逻辑控制器概述95

4.3.2 控制器微命令的设置96

4.3.3 组合逻辑控制器的时序系统97

4.3.4 指令流程与操作时间表98

4.4 微程序控制器109

4.4.1 微程序控制概述110

4.4.2 微指令的编码方式112

4.4.3 微地址的形成方式113

4.4.4 微指令格式116

4.5 模型机CPU的设计117

4.5.1 模型机设计步骤117

4.5.2 模型机的设计118

4.6 CPU技术的发展与变革126

4.6.1 指令集126

4.6.2 微体系架构128

习题133

第5章 主存储器系统134

5.1 存储器概述135

5.1.1 存储系统的层次结构135

5.1.2 存储器的分类136

5.1.3 主存储器的发展139

5.1.4 内存储器性能指标142

5.2 双极型半导体存储原理及存储芯片143

5.2.1 双极型存储单元143

5.2.2 双极型存储器芯片144

5.3 静态MOS存储单元与芯片146

5.3.1 静态MOS存储单元146

5.3.2 静态MOS存储芯片148

5.4 动态MOS存储单元与芯片150

5.4.1 动态MOS存储单元151

5.4.2 动态存储器的刷新153

5.4.3 DRAM动态存储器芯片154

5.5 半导体只读存储器与芯片158

5.5.1 掩膜型只读存储器158

5.5.2 可编程只读存储器159

5.5.3 可重编程的只读存储器159

5.5.4 FLASH只读存储器161

5.6 主存储器的设计与应用161

5.6.1 主存储器设计的基本原则161

5.6.2 主存储器的逻辑设计163

5.6.3 主存储器与CPU的连接165

5.7 虚拟存储器与并行存储器技术169

5.7.1 虚拟存储器技术169

5.7.2 并行存储器技术173

习题174

第6章 系统总线175

6.1 系统总线概述175

6.1.1 系统总线的功能与特性175

6.1.2 系统总线的分类176

6.1.3 总线的标准化178

6.2 系统总线的设计179

6.2.1 系统总线的带宽180

6.2.2 系统总线的结构180

6.2.3 总线的时序控制183

6.2.4 总线的仲裁185

6.3 微型计算机的系统总线186

6.3.1 微型计算机的前端总线186

6.3.2 微型计算机的PCI总线187

习题189

第7章 输入输出子系统190

7.1 I/O接口概述190

7.1.1 I/O接口的基本功能191

7.1.2 I/O接口的分类191

7.1.3 I/O接口技术的发展192

7.2 I/O接口与直接程序传送方式194

7.2.1 直接程序传送方式的概念194

7.2.2 直接程序传送方式与接口设计195

7.3 I/O接口与中断方式196

7.3.1 中断方式的概述196

7.3.2 中断请求与判优198

7.3.3 中断响应与中断处理202

7.3.4 中断接口组成模型207

7.3.5 中断控制器举例210

7.3.6 中断接口举例212

7.4 I/O接口与DMA方式215

7.4.1 DMA方式的概念215

7.4.2 DMA传送方式216

7.4.3 DMA的硬件组织217

7.4.4 DMA控制器的设计218

7.4.5 DMA控制器举例222

习题226

第8章 输入输出设备227

8.1 I/O设备概述227

8.1.1 I/O设备的一般功能227

8.1.2 I/O设备的分类228

8.2 显示设备230

8.2.1 显示器230

8.2.2 光栅扫描成像原理234

8.2.3 字符方式与同步控制236

8.2.4 图形方式与同步控制239

8.2.5 显示适配器241

8.3 磁盘存储器244

8.3.1 磁盘存储器概述244

8.3.2 磁盘存储原理246

8.3.3 磁盘适配器251

8.3.4 磁盘驱动器254

8.3.5 磁盘调用过程255

8.3.6 磁盘管理与容错256

8.4 键盘和鼠标259

8.4.1 键盘259

8.4.2 鼠标262

8.5 打印机262

8.5.1 打印机的分类263

8.5.2 喷墨打印机263

8.5.3 激光打印机264

8.6 光盘存储器265

8.6.1 光盘的分类265

8.6.2 光盘的读／写原理266

习题267

参考文献268