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第1章 计算机系统概述1

1.1 计算机系统的基本组成及其层次结构1

1.2 计算机硬件系统的五个功能部件及其功能4

1.3 计算机系统主要的技术与性能指标6

1.4 计算机的体系结构、组成和实现概述9

1.5 计算机发展进步、分类与拓展应用的进程10

本章小结13

习题与思考题13

第2章 数字电路和逻辑设计基础15

2.1 数字电路基础15

2.1.1 半导体材料和二极管简介15

2.1.2 三极管的结构及其伏安特性16

2.1.3 应用举例18

2.2 布尔代数知识基础和基本逻辑门18

2.2.1 布尔代数基础知识18

2.2.2 基本的逻辑门电路21

2.3 常用的组合逻辑、时序逻辑器件及其应用22

2.3.1 组合逻辑电路22

2.3.2 时序逻辑电路25

2.3.3 应用举例27

2.4 可编程器件及其编程概述29

2.4.1 可编程器件概述29

2.4.2 可编程器件的功能设计与VHDL语言简介32

本章小结36

习题与思考题37

第3章 数据表示和数据运算算法38

3.1 数字化信息编码的概念和二进制编码知识38

3.1.1 数字化信息编码的概念38

3.1.2 二进制编码和码制转换39

3.2 数据表示——常用的信息编码44

3.2.1 逻辑类型数据的表示44

3.2.2 字符类型数据的表示44

3.2.3 多媒体信息的概述及其计算机表示46

3.2.4 数值类型数据的表示48

3.3 二进制数值数据的编码方案与运算算法52

3.3.1 原码、反码、补码的定义52

3.3.2 补码加、减运算规则和电路实现56

3.3.3 原码一位乘法、除法的实现方案58

3.4 检错纠错码64

3.4.1 码距64

3.4.2 三种常见的校验码65

本章小结69

习题与思考题69

第4章 计算机的运算器部件71

4.1 算术逻辑运算单元的线路实现72

4.2 计算机的定点运算器75

4.2.1 定点运算器的功能、组成与控制75

4.2.2 示例计算机的运算器部件的功能、组成与实现76

4.2.3 MIPS计算机多周期CPU系统中的运算器部件的功能与组成80

4.3 浮点运算与浮点运算器82

4.3.1 浮点数的运算规则82

4.3.2 浮点运算器举例88

4.4 提高运算器部件处理能力的可行途径89

4.4.1 计算机性能的提高和并行性发展概述89

4.4.2 提高计算机运算器处理能力的可行途径90

本章小结91

习题与思考题91

第5章 指令系统和汇编语言程序设计93

5.1 指令格式和指令系统概述93

5.1.1 操作码的组织与编码94

5.1.2 有关操作数的个数、来源、去向和地址安排95

5.1.3 指令的分类96

5.2 基本寻址方式概述98

5.3 指令系统举例100

5.3.1 MIPS计算机的指令系统100

5.3.2 TH_FPGA示例计算机的指令系统101

5.4 计算机的汇编语言程序设计104

5.4.1 汇编语言程序设计中的有关概念104

5.4.2 示例计算机的汇编语言程序设计举例107

本章小结109

习题与思考题110

第6章 计算机的控制器部件111

6.1 控制器的功能、组成与指令执行步骤概述111

6.1.1 控制器部件的功能和组成概述111

6.1.2 指令的执行步骤概述112

6.2 硬连线控制器部件114

6.2.1 硬连线控制器的组成和运行原理简介114

6.2.2 TH_FPGA示例计算机系统的硬连线控制器部件116

6.2.3 MIPS计算机的控制器部件128

6.3 微程序的控制器部件133

6.3.1 微程序控制器的基本组成和运行原理简介133

6.3.2 微程序设计中的下地址形成逻辑和微程序设计135

6.4 指令流水线的概念和实现技术137

6.4.1 流水线的基本概念和主要性能指标137

6.4.2 指令流水线中的相关问题及其解决思路139

6.4.3 TH_FPGA系统中的指令流水线方案140

6.4.4 指令级并行技术145

本章小结147

习题与思考题147

第7章 多级存储器系统149

7.1 存储系统概述149

7.1.1 存储器分类149

7.1.2 存储器系统设计目标和存储体系的实现150

7.2 存储器芯片151

7.2.1 基本存储位151

7.2.2 存储器芯片的组成153

7.2.3 只读存储器154

7.3 主存储器155

7.3.1 主存储器概述155

7.3.2 示例计算机的主存储器组成和设计159

7.4 高速缓冲存储器162

7.4.1 cache的基本结构和运行原理163

7.4.2 主存与cache的地址映射164

7.4.3 cache的命中率、写入与替换策略168

7.5 外部存储器设备170

7.5.1 外部存储设备概述170

7.5.2 磁记录原理与记录方式171

7.5.3 硬磁盘设备172

7.5.4 光盘设备174

7.5.5 U盘简介177

7.6 虚拟存储器179

7.6.1 虚拟存储器概述179

7.6.2 段式虚拟存储器180

7.6.3 页式虚拟存储器182

7.6.4 段页式虚拟存储器183

本章小结185

习题与思考题185

第8章 总线与输入／输出系统188

8.1 总线188

8.1.1 总线概述188

8.1.2 总线结构191

8.1.3 总线控制192

8.1.4 总线举例196

8.2 输入／输出系统199

8.2.1 输入／输出系统概述199

8.2.2 输入／输出设备200

8.2.3 输入／输出接口211

8.2.4 输入／输出控制方式216

本章小结222

习题与思考题222

第9章 并行计算机体系结构224

9.1 基础知识与基本概念224

9.1.1 计算机体系结构的分类224

9.1.2 并行计算机系统的性能问题225

9.1.3 并行计算机系统的软件技术228

9.2 SIMD计算机简介230

9.3 基于共享内存的多处理机系统231

9.3.1 一致性内存访问的UMA多处理机系统232

9.3.2 非一致性内存访问的NUMA多处理机系统233

9.3.3 仅高速缓存访问的COMA多处理机系统234

9.4 基于消息传递的多计算机系统234

9.4.1 大规模并行处理机236

9.4.2 工作站集群236

本章小结237

习题与思考题237

参考文献239