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第1章 绪论1

1.1　计算机的发展简史1

1.1.1 电子数字计算机的发展简史1

1.1.2　冯·诺依曼计算机2

1.1.3　计算机的分类3

1.2　计算机的硬件组成4

1.3　计算机系统5

1.3.1　计算机系统的组成5

1.3.2　计算机系统的多层结构5

1.3.3　计算机系统的性能评价6

1.4　计算机系统结构、组成和实现9

1.4.1　计算机系统结构10

1.4.2　计算机组成11

1.4.3　计算机实现12

1.4.4　三者之间的关系13

1.5　计算机的应用与发展14

1.5.1　计算机的应用14

1.5.2　计算机的发展趋势15

习题116

第2章　运算方法及运算器17

2.1　数据的表示方法17

2.1.1　数值型数据的表示方法18

2.1.2　字符数据的表示方法24

2.2　二进制数据的编码及加减运算27

2.2.1　4种编码及其加减运算27

2.2.2　加减运算的溢出判断32

2.3　定点二进制乘法运算34

2.3.1　原码一位乘法34

2.3.2　补码一位乘法36

2.3.3　原码两位乘法39

2.3.4　阵列乘法41

2.4　定点除法运算41

2.4.1　定点原码除法41

2.4.2　定点补码除法44

2.5　浮点运算46

2.5.1　浮点加减运算46

2.5.2　浮点乘除运算48

2.6　运算器的基本部件49

2.6.1　加法器49

2.6.2　算术逻辑单元（ALU）53

2.6.3　运算部件54

2.6.4　运算器实例55

2.7　数据校验码56

2.7.1　奇偶校验码57

2.7.2　海明校验码57

2.7.3　循环冗余校验码59

习题262

第3章　存储系统66

3.1　存储系统概述66

3.1.1　存储器分类66

3.1.2　存储系统及设计目标67

3.2　主存储器68

3.2.1　主存储器概述68

3.2.2　ROM70

3.2.3　RAM72

3.2.4　半导体存储器的容量扩展76

3.2.5　主存储器的并行读写技术78

3.3　高速缓冲存储器（cache）82

3.3.1　高速缓冲存储器的基本工作原理82

3.3.2　地址映像及变换方法84

3.3.3　高速缓冲存储器的替换算法与命中率89

3.3.4　多层次高速缓冲存储器92

3.4　辅助存储器93

3.4.1　辅助存储器概述93

3.4.2　磁盘及磁盘阵列94

3.4.3　光盘107

3.5　虚拟存储器109

3.5.1　段式存储器110

3.5.2　页式存储器111

3.5.3　段页式存储器113

3.6　相联存储器116

3.7　存储保护117

习题3119

第4章　指令系统123

4.1　指令和指令系统概述123

4.2　寻址方式125

4.2.1　常用的寻址方式126

4.2.2　寻址方式举例131

4.3　指令格式的设计及优化132

4.3.1　指令操作码的设计及优化133

4.3.2　指令地址码的设计及优化134

4.4　指令类型134

4.4.1　运算类指令135

4.4.2　数据传送指令135

4.4.3　移位操作指令135

4.4.4　堆栈指令137

4.4.5　程序控制指令137

4.4.6　输入／输出指令139

4.4.7　字符串处理指令139

4.4.8　其他指令139

4.5　RSIC和CISC140

4.5.1　CISC140

4.5.2　RISC142

习题4143

第5章　控制器146

5.1　控制器概述146

5.1.1　控制器的功能146

5.1.2　控制器的组成147

5.1.3　指令的执行过程149

5.2 时序152

5.2.1 时序概述152

5.2.2　时序信号产生器153

5.2.3　控制器的控制方式156

5.3　微程序控制157

5.3.1　微程序概述157

5.3.2　微程序控制器的基本原理158

5.3.3　微程序的设计164

5.4　硬布线控制169

5.4.1　硬布线控制器的组成和基本原理169

5.4.2　硬布线控制和微程序控制的比较174

5.5　流水线174

5.5.1　重叠执行和相关处理174

5.5.2　流水线工作原理177

5.5.3　流水线的特点182

5.5.4　流水线的分类183

5.6 CPU实例184

5.6.1　80386 CPU184

5.6.2　Pentium CPU187

5.6.3　RISC CPU188

习题5193

第6章 总线197

6.1　总线的基本概念197

6.2　总线的分类198

6.2.1 系统总线199

6.2.2　通信总线200

6.3　总线特性及性能指标200

6.3.1　总线特性200

6.3.2　总线性能指标201

6.3.3　总线标准202

6.3.4　总线的主要性能指标203

6.4　总线结构的连接方式204

6.4.1　单总线结构204

6.4.2　双总线结构204

6.4.3　三总线结构205

6.5　总线仲裁206

6.5.1　总线判优控制206

6.5.2　总线通信控制208

6.6　计算机中的总线210

6.6.1　系统总线211

6.6.2　外部总线218

6.6.3 内部总线222

6.6.4　总线未来发展224

习题6225

第7章　输入输出系统229

7.1　输入输出系统概述229

7.1.1　I/O接口电路229

7.1.2　I/O接口的结构与功能229

7.1.3　I/O端口的寻址231

7.2　输入／输出信息传送控制方式232

7.2.1　查询方式233

7.2.2　程序中断方式234

7.2.3　DMA方式236

7.2.4　通道和外围处理机方式237

7.3　程序中断方式240

7.3.1　中断的基本概念240

7.3.2　中断控制器8259A245

7.4　DMA方式248

7.4.1　DMA控制器8237的内部结构249

7.4.2　DMA控制器8237250

7.4.3　8237A的内部寄存器252

7.4.4　软盘接口逻辑电路举例255

7.5　I/O设备255

7.5.1　概述256

7.5.2　显示器的基本原理257

7.5.3　打印机的基本原理267

7.5.4　键盘及鼠标的基本原理273

7.5.5　其他外部设备276

习题7277

第8章　计算机系统结构280

8.1　超标量处理机和超流水线处理机280

8.1.1　超标量处理机280

8.1.2　超流水线处理机282

8.1.3　超标量超流水线处理机282

8.2　向量处理机283

8.2.1　什么是向量处理283

8.2.2　向量处理方式284

8.2.3　向量处理机的结构285

8.2.4　提高向量处理机性能的方法294

8.2.5　向量处理机的性能评价301

8.3　并行处理机304

8.3.1　并行处理机的基本结构305

8.3.2　并行处理机的特点306

8.4　多处理机308

8.4.1　多处理机结构308

8.4.2　多处理机系统的特点310

8.4.3　多处理机性能模型简介311

8.4.4　多处理机的cache一致性312

8.5　互连网络317

8.5.1　互连网络的种类317

8.5.2　互连网络的作用328

8.5.3　互连网络的特性和传输的性能参数329

8.6　计算机系统结构新发展332

8.6.1　冯·诺依曼机系统结构的演变332

8.6.2　集群计算机系统结构333

8.6.3　网格技术336

习题8338

习题答案340

参考文献357