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第1章 计算机系统概论1

1.1计算机的发展历程1

1.2计算机的分类和应用2

1.2.1计算机的分类2

1.2.2计算机的应用领域3

1.3计算机硬件系统4

1.4计算机软件系统7

1.4.1计算机软件系统的组成与分类7

1.4.2计算机软件系统的发展演变8

1.4.3计算机软件系统组成的层次结构9

1.5计算机系统的工作过程10

1.5.1计算机处理问题的步骤10

1.5.2计算机的工作过程11

1.6计算机的性能指标11

本章小结12

习题112

第2章 数据的表示与运算13

2.1数制与编码14

2.1.1数制及数制转换14

2.1.2无符号数和带符号数18

2.1.3定点数与浮点数18

2.1.4真值和机器数20

2.1.5 BCD码22

2.1.6字符与字符串的表示方法23

2.1.7汉字的表示方法25

2.1.8数据校验码26

2.2定点加法、减法运算27

2.2.1原码加/减运算27

2.2.2补码加/减运算28

2.2.3基本的二进制加法器31

2.2.4十进制加法器31

2.3定点乘除运算33

2.3.1移位运算33

2.3.2原码一位乘法33

2.3.3补码一位乘法34

2.3.4原码除法36

2.4定点运算器的组成37

2.4.1逻辑运算37

2.4.2半加器与全加器39

2.4.3串行加法器和并行加法器40

2.4.4多功能算术/逻辑运算单元（ALU）41

2.4.5定点运算器的基本结构43

2.5浮点表示、浮点运算45

2.5.1 IEEE75445

2.5.2浮点加法、减法运算46

2.5.3浮点乘法、除法运算48

2.6浮点运算器49

2.6.1浮点运算器的结构49

2.6.2浮点运算器实例49

本章小结52

习题252

第3章 存储系统54

3.1存储器系统概述54

3.1.1存储器分类54

3.1.2三级存储体系结构56

3.1.3主存储器的基本结构57

3.1.4主存储器的主要技术指标59

3.2随机存取存储器59

3.2.1 SRAM59

3.2.2动态RAM的刷新61

3.3半导体只读存储器63

3.4存储器的扩充64

3.4.1主存储器与CPU的连接64

3.4.2位扩展65

3.4.3字扩展66

3.4.4字和位同时扩展67

3.5高速存储器68

3.5.1双端口存储器68

3.5.2多模块存储器69

3.6高速缓冲存储器（Cache）71

3.6.1 Cache的基本原理71

3.6.2地址映射73

3.6.3替换算法75

3.6.4 Cache的写策略76

3.7虚拟存储器76

3.7.1虚拟存储器的基本概念76

3.7.2页式虚拟存储器77

3.7.3段式虚拟存储器79

3.7.4段页式虚拟存储器80

本章小结80

习题381

第4章 指令系统82

4.1指令系统的基本概念82

4.1.1指令系统的发展82

4.1.2对指令系统性能的要求83

4.2指令格式84

4.2.1操作码84

4.2.2地址码84

4.2.3指令字长度85

4.2.4指令助记符86

4.3指令的寻址方式86

4.4操作数寻址方式87

4.5 80X86操作数的基本寻址方式举例90

4.6指令格式的设计91

4.6.1操作码优化法——霍夫曼（Huffinan）编码91

4.6.2地址码优化设计92

4.7 RISC与CISC93

4.8指令系统举例94

4.8.1 IBM 370系列机指令格式94

4.8.2 PDP-11指令格式95

4.8.3 Pentium指令系统96

4.8.4 Power PC指令系统97

本章小结99

习题4100

第5章 中央处理器102

5.1 CPU的功能和组成102

5.1.1 CPU的功能102

5.1.2 CPU的基本组成103

5.1.3 CPU的主要寄存器103

5.1.4操作控制器与时序产生器105

5.2指令周期105

5.3指令的执行过程106

5.3.1 CLA指令的执行过程107

5.3.2 ADD指令的执行过程108

5.3.3 STA指令的执行过程110

5.3.4 NOP指令和JMp指令的执行过程112

5.3.5指令的执行过程总结113

5.4数据通路的功能和基本结构114

5.5硬布线控制器的工作原理116

5.5.1时序信号的作用和体制119

5.5.2时序信号产生器119

5.5.3控制方式120

5.6微程序控制器的工作原理122

5.6.1微命令和微操作124

5.6.2微指令和微程序125

5.6.3 CPU周期与微指令周期的关系128

5.6.4微指令的编码方式129

5.6.5微地址的形成方法131

5.6.6微指令格式132

5.7指令流水线133

5.7.1指令流水线的基本概念133

5.7.2指令流水线的表示方法及性能指标135

5.7.3超标量和静态、动态流水线的基本概念137

5.8多核处理器的基本概念139

本章小结140

习题5141

第6章 总线与接口145

6.1总线概述145

6.1.1总线的基本概念145

6.1.2总线分类146

6.1.3总线的连接方式146

6.1.4总线的组成及性能指标149

6.2总线接口149

6.2.1 I/O接口的功能和基本结构150

6.2.2 I/O端口及其编址150

6.2.3 I/O地址空间及其编码151

6.3总线的仲裁151

6.3.1集中仲裁方式151

6.3.2分布仲裁方式154

6.4总线的定时154

6.4.1同步定时方式154

6.4.2异步定时方式155

6.5总线数据传送模式155

6.6总线标准155

6.6.1 ISA总线155

6.6.2 PCI总线156

6.6.3 AGP总线156

6.6.4其他总线157

本章小结157

习题6158

第7章 输入输出（I/O）系统159

7.1 I/O系统概述159

7.1.1 I/O系统的基本概念159

7.1.2 I/O系统的发展160

7.1.3 I/O系统的原理162

7.1.4 I/O系统的组成163

7.1.5主机和外设的连接165

7.2外围设备概述168

7.2.1外围设备的一般功能168

7.2.2外围设备的分类169

7.3输入设备171

7.3.1键盘172

7.3.2鼠标173

7.3.3扫描仪175

7.4输出设备176

7.4.1显示器177

7.4.2打印机182

7.4.3绘图仪187

7.5外存储器187

7.5.1磁盘存储器188

7.5.2光盘存储器199

7.5.3磁带存储器200

7.5.4磁盘阵列201

7.6 I/O控制方式204

7.6.1无条件传送204

7.6.2程序查询方式205

7.6.3程序中断方式207

7.6.4 DMA方式214

7.6.5通道方式218

7.6.6 I/O处理机（IOp）方式222

本章小结223

习题7223

第8章 实验指导225

8.1 JYS-Ⅲ型计算机组成实验仪225

8.2实验一 寄存器与数据通路实验228

8.3实验二 运算器的组成实验229

8.4实验三 半导体存储器的组成实验231

8.5实验四 寄存器的控制实验232

8.6实验五 运算器与存储器组成实验234

附录1 2013年硕士研究生入学考试计算机学科考试大纲236

附录2 2009～2012年部分高校计算机组成原理考研试题与参考答案240

附录3美国标准信息交换码（ASCII）字符表254

附录4 74181逻辑电路255

附录5 74182逻辑电路256

附录6常用存储芯片与译码器257

附录7南桥与北桥262

参考文献264