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第1章　计算机系统概论1

1.1　计算机发展历程1

1.1.1　冯·诺依曼型计算机的特点和功能1

1.1.2　计算机的发展历史3

1.1.3　计算机的发展趋势5

1.2　计算机系统的层次结构及计算机组成6

1.2.1　计算机系统的层次结构6

1.2.2　计算机系统结构和计算机组成9

1.3　计算机系统的组成9

1.3.1　计算机的硬件系统10

1.3.2　计算机的软件系统13

1.3.3　计算机硬件与软件的逻辑等价性14

1.4　计算机的工作过程14

1.4.1　使用计算机求解的一个简单例子15

1.4.2　计算机工作过程16

1.5　计算机性能18

1.5.1　计算机性能的衡量尺度18

1.5.2　反映计算机性能的参数19

1.5.3　性能因子CPI19

1.5.4　计算机性能常用指标20

1.6　计算机的分类和应用21

1.6.1　计算机的分类21

1.6.2　计算机的应用24

本章小结27

习题128

第2章　运算方法和运算器30

2.1　数值数据的表示方法30

2.1.1　数据格式30

2.1.2　数的机器码表示34

2.2　非数值数据的表示方法39

2.2.1　字符数据的表示39

2.2.2　汉字的表示40

2.3　定点加法、减法运算41

2.3.1　补码加法、减法41

2.3.2　原码加法、减法49

2.3.3　移码加法、减法52

2.3.4　十进制加法器53

2.4　定点乘法运算54

2.4.1　原码一位乘法54

2.4.2　补码一位乘法56

2.4.3　阵列乘法器61

2.5　定点除法运算70

2.5.1　原码一位除法70

2.5.2　补码一位除法73

2.5.3　阵列除法器75

2.6　逻辑运算和移位运算78

2.6.1　逻辑运算78

2.6.2　移位运算80

2.7　定点运算器的组成与结构83

2.7.1　多功能算术逻辑运算单元84

2.7.2　定点运算器89

2.8　浮点运算方法和浮点运算器92

2.8.1　浮点加法、减法运算93

2.8.2　浮点乘法、除法运算95

2.8.3　浮点运算器举例98

2.9　数据校验码100

2.9.1　奇偶校验码101

2.9.2　海明校验码101

2.9.3　循环冗余校验码104

本章小结107

习题2108

第3章　存储系统113

3.1　存储器概述113

3.1.1　存储器的分类113

3.1.2　存储器的层次结构114

3.1.3　主存储器的主要技术指标115

3.2　半导体随机读写存储器115

3.2.1 SRAM116

3.2.2 DRAM119

3.3　半导体只读存储器123

3.3.1　半导体只读存储器的分类123

3.3.2 EPROM存储器芯片实例124

3.4　半导体存储器的容量扩展126

3.4.1 位扩展126

3.4.2　字扩展127

3.4.3　字位扩展127

3.5　高速存储器130

3.5.1　双端口RAM130

3.5.2　多模块交叉存储器132

3.5.3　相联存储器134

3.6 Cache存储器136

3.6.1 Cache的功能、基本原理与性能参数136

3.6.2　多层次Cache存储器139

3.6.3 Cache的地址映像与变换140

3.6.4 Cache的替换算法145

3.6.5 Cache的取算法145

3.6.6 Cache的写策略146

3.7　虚拟存储器147

3.7.1　虚拟存储器的基本概念147

3.7.2　页式虚拟存储器148

3.7.3　段式虚拟存储器149

3.7.4　段页式虚拟存储器150

3.7.5　虚拟存储器的替换算法151

本章小结152

习题3153

第4章　指令系统156

4.1　指令系统的发展与性能要求156

4.1.1　指令系统的发展156

4.1.2　对指令系统性能的要求157

4.1.3　计算机语言158

4.2　指令格式158

4.2.1　地址码159

4.2.2　操作码160

4.2.3　指令字长与机器字长的关系1163

4.2.4　指令格式举例164

4.3　指令和数据的寻址方式166

4.3.1　指令的寻址方式166

4.3.2　操作数的寻址方式166

4.3.3　指令格式的分析与设计173

4.4　典型指令176

4.4.1　指令的分类176

4.4.2 RISC指令系统实例SUN SPARC178

4.4.3 Pentium指令系统181

4.5 CISC和RISC188

4.5.1 CISC188

4.5.2 RISC188

4.5.3 退耦的CISC/RISC191

4.5.4　后RISC192

本章小结193

习题4194

第5章　中央处理器198

5.1 CPU的功能和组成198

5.1.1 CPU的功能198

5.1.2 CPU的基本组成199

5.1.3 CPU中的主要寄存器200

5.1.4　操作控制器和时序产生器202

5.2　指令周期203

5.2.1　指令周期的基本概念203

5.2.2　MOV指令的指令周期206

5.2.3 LAD指令的指令周期207

5.2.4 ADD指令的指令周期209

5.2.5　INC指令的指令周期210

5.2.6　DEC指令的指令周期211

5.2.7 JNZ指令的指令周期212

5.2.8 STO指令的指令周期213

5.2.9 JMP指令的指令周期214

5.2.10　用方框图语言表示指令周期214

5.3　时序产生器和控制方式218

5.3.1 时序信号的作用和体制218

5.3.2　多级时序系统219

5.3.3　时序信号产生器220

5.3.4　控制方式222

5.4　微程序控制器223

5.4.1　微指令和微程序223

5.4.2　微程序控制器的组成和工作原理227

5.4.3　微程序设计举例229

5.5　微程序设计技术232

5.5.1　微命令的编码方法232

5.5.2　微地址的形成方法235

5.5.3　微指令格式236

5.5.4　微程序控制器的设计方法239

5.6　硬连线控制器240

5.6.1　硬连线控制器的组成和工作原理240

5.6.2　典型指令的指令周期流程图241

5.6.3　硬连线控制器的设计方法243

5.6.4　硬连线控制与微程序控制的比较243

5.7　流水线技术244

5.7.1　并行性的基本概念244

5.7.2　并行处理技术245

5.7.3　流水线的工作原理、特点及分类246

5.7.4　相关问题及解决方法248

5.7.5　流水线的性能分析252

5.8　提高单机系统指令级并行性（ILP）的措施255

5.8.1　超标量处理机和VLIW体系结构255

5.8.2　超流水处理机257

5.8.3　超标量超流水处理机258

5.8.4 EPIC技术259

5.9　现代微处理器举例260

5.9.1 Pentium 4处理器260

5.9.2 UltraSPARC Ⅲ Cu处理器266

本章小结271

习题5272

第6章　总线结构276

6.1　总线的基本概念276

6.1.1　总线的特性276

6.1.2　总线的标准化277

6.1.3　总线的分类277

6.1.4　总线的性能278

6.1.5　单机系统的总线结构279

6.2　总线仲裁和总线通信281

6.2.1 总线仲裁281

6.2.2　总线通信285

6.3　总线举例290

6.3.1 ISA总线290

6.3.2 PCI总线293

6.3.3 PCI Express总线302

6.3.4　通用串行总线USB308

本章小结311

习题6312

第7章　输入／输出设备313

7.1　输入设备313

7.1.1　键盘313

7.1.2 鼠标314

7.2　输出设备315

7.2.1　显示器315

7.2.2　打印机317

7.3　辅助存储器320

7.3.1 辅助存储器的种类与技术指标321

7.3.2　磁盘322

7.3.3 Flash存储器326

7.3.4 RAID盘327

7.3.5　光盘存储器328

本章小结330

习题7331

第8章　输入／输出系统332

8.1　输入／输出系统概述332

8.1.1 I/O接口的概念及功能332

8.1.2　输入／输出设备的编址333

8.1.3 I/O设备的数据传送控制方式334

8.2　程序中断方式337

8.2.1 中断的基本概念337

8.2.2　中断处理339

8.2.3　多重中断341

8.3 DMA方式344

8.3.1 DMA的基本概念344

8.3.2 DMA的三种工作方式344

8.3.3 DMA控制器的组成和工作原理346

8.4　通道方式348

8.4.1　通道的基本概念348

8.4.2　通道的种类350

本章小结351

习题8352

附录A　各章部分习题参考答案353

习题1参考答案353

习题2参考答案353

习题3参考答案358

习题4参考答案360

习题5参考答案362

习题6参考答案366

习题7参考答案367

习题8参考答案367

附录B　研究生入学考试“计算机组成原理”课程全国统考大纲369

附录C　国内外常用二进制逻辑元件图形符号对照表372

参考文献373