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第1章 计算机系统概述1

1.1 计算工具自动化的形成轨迹1

1.1.1 算盘和算筹——软件与硬件的起源1

1.1.2 从提花机到巴贝奇分析机——内程序计算机模型的提出5

1.1.3 内动力计算机的形成轨迹9

1.1.4 从八卦图到布尔代数——电子数字计算机的理论基础16

1.1.5 冯·诺依曼电子数字计算机体系的确立24

1.1.6 操作系统——计算机的自我管理28

1.1.7 现代计算机系统结构30

1.1.8 自动计算机理论的再讨论32

1.2 0、1编码33

1.2.1 数字系统中的信息单位与量级33

1.2.2 十进制数与二进制数的转换34

1.2.3 八进制、十六进制和二-十进制36

1.2.4 原码、反码、补码和移码37

1.2.5 浮点数与定点数40

1.2.6 声音的0、1编码42

1.2.7 图形／图像的0、1编码43

1.2.8 文字的0、1编码46

1.2.9 指令的0、1编码与计算机程序设计语言49

1.2.10 数据传输中的抗干扰编码51

1.3 电子数字计算机的基本原理54

1.3.1 电子数字计算机的运算器54

1.3.2 计算机存储器56

1.3.3 计算机控制器60

1.3.4 总线63

1.3.5 计算机中的时序控制64

1.4 冯·诺依曼计算机体系改进66

1.4.1 冯·诺依曼体系的瓶颈66

1.4.2 并行与共享67

1.4.3 哈佛结构70

1.5 计算机性能评测71

1.5.1 计算机的主要性能指标71

1.5.2 计算机性能测试工具76

1.5.3 天梯图78

习题79

第2章 存储系统83

2.1 主存储器概述83

2.1.1 ROM元件83

2.1.2 RAM元件与存储结构85

2.1.3 DRAM元件与基本存储结构88

2.2 主存储体组织91

2.2.1 内存条的结构91

2.2.2 存储体的基本扩展方式94

2.2.3 Bank95

2.2.4 并行存储器97

2.2.5 并行处理机的主存储器99

2.2.6 存储器控制器100

2.3 SDRAM内部操作与性能参数101

2.3.1 SDRAM的主要引脚101

2.3.2 SDRAM的读写时序101

2.3.3 突发传输104

2.3.4 数据掩码105

2.3.5 DRAM的动态刷新106

2.3.6 芯片初始化与预充电109

2.3.7 RAM的一般性能参数111

2.3.8 DDR SDRAM芯片参数113

2.4 磁盘存储器114

2.4.1 磁表面存储原理114

2.4.2 硬磁盘存储器的存储结构117

2.4.3 磁盘格式化118

2.4.4 硬磁盘存储器与主机的连接121

2.4.5 硬磁盘存储器的技术参数123

2.4.6 磁盘阵列RAID125

2.5 光盘存储器129

2.5.1 光盘的技术特点与类型129

2.5.2 可擦写型光盘的读写原理129

2.5.3 光盘规格130

2.6 闪速存储器133

2.6.1 闪存的原理134

2.6.2 固态硬盘134

2.7 存储体系136

2.7.1 多级存储体系的建立136

2.7.2 多级存储体系的性能参数138

2.7.3 Cache-主存机制139

2.7.4 虚拟存储器144

2.8 未来记忆元件148

2.8.1 磁随机存取存储器148

2.8.2 铁电随机存取存储器149

2.8.3 相变随机存取存储器149

2.8.4 阻变随机存取存储器150

习题151

第3章 总线与主板154

3.1 总线的概念154

3.1.1 总线及其规范154

3.1.2 总线分类155

3.1.3 总线的性能指标158

3.1.4 标准系统总线159

3.2 总线的工作原理160

3.2.1 总线的组成与基本传输过程160

3.2.2 总线的争用与仲裁161

3.2.3 总线通信中主从之间的时序控制164

3.3 几种标准系统总线分析168

3.3.1 ISA总线168

3.3.2 PCI总线169

3.3.3 AGP总线173

3.3.4 PCI-Express总线174

3.4 几种标准I/O总线分析175

3.4.1 ATA与SATA总线175

3.4.2 SCSI与SAS总线177

3.4.3 USB总线180

3.4.4 光纤总线FC183

3.5 微型计算机主板183

3.5.1 主板的概念183

3.5.2 主板的组成184

3.5.3 主板架构及其进展190

3.5.4 主板选择参数194

3.5.5 主板整合技术196

3.5.6 智慧型主板196

习题199

第4章 I/O接口与数据交换控制201

4.1 I/O接口201

4.1.1 影响I/O设备与计算机连接的主要因素201

4.1.2 I/O接口的功能与类型203

4.1.3 I/O接口的一般结构203

4.1.4 缓冲204

4.1.5 I/O端口及其编址206

4.2 I/O过程的程序直接控制207

4.2.1 I/O过程的程序无条件传送控制方式207

4.2.2 I/O过程的程序查询传送方式208

4.3 I/O过程的程序中断控制209

4.3.1 程序中断控制的核心概念209

4.3.2 中断关键技术212

4.3.3 中断接口216

4.3.4 多重中断218

4.4 I/O数据传送的DMA控制218

4.4.1 DMA的基本概念218

4.4.2 DMA与CPU共享存储器冲突的解决方案219

4.4.3 DMA控制器221

4.4.4 DMA传送过程222

4.4.5 DMA方式与中断方式的比较224

4.5 I/O过程的通道控制225

4.5.1 通道控制及其特点225

4.5.2 通道控制原理227

4.5.3 通道类型229

习题230

第5章 计算机输入输出设备233

5.1 计算机输入输出设备概述233

5.1.1 计算机人-机界面技术的进步233

5.1.2 I/O设备的分类235

5.1.3 绿色计算机设备236

5.2 键盘与鼠标237

5.2.1 物理键盘及其原理237

5.2.2 键盘布局类型238

5.2.3 软键盘239

5.2.4 虚拟激光键盘240

5.2.5 鼠标240

5.3 打印设备241

5.3.1 打印设备及其分类241

5.3.2 打印机的基本性能指标242

5.3.3 喷墨打印机243

5.3.4 激光打印机245

5.3.5 3D打印机247

5.3.6 4D打印机250

5.4 显示器251

5.4.1 平板显示器的基本原理252

5.4.2 图像显示关键技术255

5.4.3 平板显示器的技术指标256

5.4.4 触摸屏258

5.5 虚拟现实、增强现实与现实虚拟260

5.5.1 虚拟现实260

5.5.2 增强现实262

5.5.3 现实虚拟、混合现实与介导现实265

5.6 I/O设备适配器266

5.6.1 显示适配器267

5.6.2 声卡270

5.6.3 网络适配器272

5.7 设备驱动程序与BIOS274

5.7.1 设备驱动程序274

5.7.2 ROM BIOS277

习题279

第6章 控制器逻辑281

6.1 处理器的外特性——指令系统281

6.1.1 指令系统与汇编语言概述281

6.1.2 寻址方式284

6.1.3 Intel 8086指令简介289

6.1.4 CISC与RISC296

6.1.5 指令系统的设计内容301

6.2 组合逻辑控制器301

6.2.1 指令的微操作分析302

6.2.2 指令的时序控制与时序部件304

6.2.3 组合逻辑控制器设计举例306

6.3 微程序控制器308

6.3.1 概述308

6.3.2 微程序操作控制部件的组成309

6.3.3 微程序操作控制部件设计举例310

习题312

第7章 处理器架构316

7.1 流水线技术316

7.1.1 指令流水线316

7.1.2 运算流水线318

7.1.3 流水线中的相关冲突319

7.1.4 流水线中的多发射技术321

7.1.5 Pentium CPU322

7.1.6 流水线向量处理机326

7.2 多处理器系统330

7.2.1 多计算机系统与多处理器系统330

7.2.2 SMP架构331

7.2.3 多处理器操作系统334

7.3 多线程处理器335

7.3.1 多线程处理器架构的提出335

7.3.2 同时多线程技术SMT337

7.3.3 超线程处理器339

7.4 多核处理器342

7.4.1 多核处理器及其特点342

7.4.2 多核＋多线程——CMT技术344

7.5 关于处理器并行性开发的讨论344

7.5.1 并行性及其级别344

7.5.2 基于并行性的处理器体系Flynn分类346

7.5.3 处理器并行性开发的思路与途径347

习题349

第8章 未来计算机展望351

8.1 非冯·诺依曼体系计算机探索351

8.1.1 数据流计算机351

8.1.2 归约机354

8.1.3 拟态计算机355

8.2 智能计算机的研究356

8.2.1 人工智能及其研究356

8.2.2 智能计算机362

8.2.3 人工神经元网络365

8.3 未来计算机元器件展望370

8.3.1 摩尔定律及其影响370

8.3.2 突破传统微电子工艺的努力372

8.3.3 纳米电子器件374

8.3.4 量子计算机377

8.3.5 光学计算机380

8.3.6 超导技术381

8.3.7 生物计算机382

习题384

附录A 国内外常用二进制逻辑元件图形符号对照图385

参考文献387