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第1章 概论1

1.1 电子计算机与存储程序控制1

1.1.1 电子计算机的发展1

1.1.2 存储程序概念2

1.2 计算机的硬件组成3

1.2.1 计算机的主要部件4

1.2.2 计算机的总线结构5

1.2.3 大、中型计算机的典型结构6

1.2.4 不同对象观察到的计算机硬件系统7

1.3 计算机系统9

1.3.1 硬件与软件的关系9

1.3.2 系列机和软件兼容10

1.3.3 计算机系统的多层次结构10

1.3.4 实际机器和虚拟机器12

1.4 计算机的工作过程和主要性能指标12

1.4.1 计算机的工作过程12

1.4.2 计算机的主要性能指标13

习题15

第2章 数据的机器层次表示16

2.1 数值数据的表示16

2.1.1 计算机中的数值数据16

2.1.2 无符号数和带符号数17

2.1.3 原码表示法17

2.1.4 补码表示法18

2.1.5 反码表示法20

2.1.6 三种码制的比较与转换21

2.2 机器数的定点表示与浮点表示22

2.2.1 定点表示法22

2.2.2 浮点表示法24

2.2.3 浮点数阶码的移码表示法26

2.2.4 定点、浮点表示法与定点、浮点计算机28

2.2.5 浮点数尾数的基数29

2.2.6 实用浮点数举例30

2.3 非数值数据的表示32

2.3.1 字符和字符串的表示32

2.3.2 汉字的表示34

2.3.3 统一代码36

2.4 十进制数和数串的表示36

2.4.1 十进制数的编码37

2.4.2 十进制数串38

2.5 现代微型计算机系统中的数据表示举例39

2.6 数据校验码41

2.6.1 奇偶校验码41

2.6.2 海明校验码44

2.6.3 循环冗余校验码47

习题49

第3章 指令系统52

3.1 指令格式52

3.1.1 机器指令的基本格式52

3.1.2 地址码结构53

3.1.3 指令的操作码55

3.2 寻址技术57

3.2.1 编址方式58

3.2.2 指令寻址和数据寻址59

3.2.3 基本的数据寻址方式59

3.2.4 变型或组合寻址方式65

3.3 堆栈与堆栈操作68

3.3.1 堆栈结构68

3.3.2 堆栈操作70

3.4 指令类型70

3.4.1 数据传送类指令70

3.4.2 运算类指令71

3.4.3 程序控制类指令73

3.4.4 输入输出类指令74

3.4.5 80x86指令系统举例75

习题78

第4章 数值的机器运算81

4.1 基本算术运算的实现81

4.1.1 加法器81

4.1.2 进位的产生和传递82

4.1.3 并行加法器的快速进位83

4.2 定点加减运算86

4.2.1 原码加减运算86

4.2.2 补码加减运算87

4.2.3 补码的溢出判断与检测方法89

4.2.4 补码定点加减运算的实现91

4.3 带符号数的移位和舍入操作92

4.3.1 带符号数的移位操作93

4.3.2 带符号数的舍入操作94

4.4 定点乘法运算95

4.4.1 原码一位乘法95

4.4.2 补码一位乘法98

4.4.3 补码两位乘法101

4.4.4 阵列乘法器103

4.5 定点除法运算104

4.5.1 原码除法运算104

4.5.2 补码除法运算109

4.5.3 阵列除法器112

4.6 规格化浮点运算112

4.6.1 浮点加减运算112

4.6.2 浮点乘除运算115

4.6.3 浮点运算器的实现116

4.7 十进制整数的加法运算117

4.7.1 一位十进制加法运算117

4.7.2 十进制加法器119

4.7.3 多位十进制加法120

4.8 逻辑运算与实现121

4.9 运算器的基本组成与实例123

4.9.1 运算器结构123

4.9.2 ALU举例125

4.9.3 浮点运算器举例127

习题129

第5章 存储系统和结构131

5.1 存储系统的组成131

5.1.1 存储器分类131

5.1.2 存储系统层次结构133

5.2 主存储器的组织134

5.2.1 主存储器的基本结构134

5.2.2 主存储器的存储单元135

5.2.3 主存储器的主要技术指标136

5.2.4 数据在主存中的存放137

5.3 半导体随机存储器和只读存储器138

5.3.1 RAM记忆单元电路138

5.3.2 动态RAM的刷新141

5.3.3 RAM芯片分析143

5.3.4 半导体只读存储器146

5.3.5 半导体存储器的封装148

5.4 主存储器的连接与控制149

5.4.1 主存容量的扩展149

5.4.2 存储芯片的地址分配和片选151

5.4.3 主存储器和CPU的连接154

5.4.4 主存的校验156

5.4.5 PC系列微型计算机的存储器接口157

5.5 提高主存读写速度的技术161

5.5.1 主存与CPU速度的匹配161

5.5.2 FPM DRAM161

5.5.3 EDO DRAM162

5.5.4 SDRAM162

5.5.5 DDR SDRAM163

5.5.6 Rambus DRAM163

5.6 多体交叉存储技术164

5.6.1 并行访问存储器165

5.6.2 交叉访问存储器165

5.7 高速缓冲存储器167

5.7.1 高速缓存工作原理167

5.7.2 Cache的读写操作168

5.7.3 地址映像168

5.7.4 替换算法169

5.7.5 更新策略170

5.7.6 PC机中Cache技术的实现171

5.8 虚拟存储器172

5.8.1 虚拟存储器的基本概念172

5.8.2 页式虚拟存储器173

5.8.3 段式虚拟存储器174

5.8.4 段页式虚拟存储器174

5.8.5 快表与慢表175

习题176

第6章 中央处理器179

6.1 中央处理器的功能和组成179

6.1.1 CPU的功能179

6.1.2 CPU中的主要寄存器179

6.1.3 CPU的组成181

6.1.4 CPU的主要技术参数182

6.2 控制器的组成和实现方法184

6.2.1 控制器的基本组成184

6.2.2 控制器的硬件实现方法186

6.3 时序系统与控制方式187

6.3.1 时序系统187

6.3.2 控制方式189

6.3.3 指令运行的基本过程190

6.3.4 指令的微操作序列191

6.4 微程序控制原理194

6.4.1 微程序控制的基本概念194

6.4.2 微指令编码法195

6.4.3 微程序控制器的组成和工作过程198

6.4.4 微程序入口地址的形成199

6.4.5 后继微地址的形成200

6.4.6 微程序设计200

6.5 控制单元的设计203

6.5.1 简单的CPU模型203

6.5.2 组合逻辑控制单元设计206

6.5.3 微程序控制单元设计211

6.6 流水线技术214

6.6.1 重叠控制214

6.6.2 先行控制原理215

6.6.3 流水工作原理216

6.7 精简指令系统计算机218

6.7.1 从复杂指令系统到精简指令系统219

6.7.2 RISC的特点和优势219

6.7.3 RISC基本技术220

习题221

第7章 外部设备226

7.1 外部设备概述226

7.1.1 外部设备的分类226

7.1.2 外部设备的地位和作用227

7.2 磁介质存储器的性能和原理228

7.2.1 磁介质存储器的读写228

7.2.2 磁介质存储器的技术指标229

7.2.3 数字磁记录方式231

7.2.4 编码方式的比较233

7.3 磁介质存储设备235

7.3.1 硬盘存储器的基本结构与分类235

7.3.2 硬盘驱动器235

7.3.3 硬盘的信息分布和磁盘地址236

7.3.4 硬盘存储器的技术参数238

7.3.5 硬盘控制逻辑239

7.3.6 硬盘的分区域记录240

7.3.7 软磁盘存储器242

7.4 磁盘阵列243

7.4.1 RAID简介243

7.4.2 RAID的分级244

7.5 光盘存储器245

7.5.1 光盘存储器的类型245

7.5.2 光盘存储器的组成及工作原理246

7.5.3 光盘驱动器248

7.5.4 DVD249

7.6 新型辅助存储器250

7.6.1 大容量可移动存储器251

7.6.2 闪存卡和USB电子盘253

7.7 键盘输入设备254

7.7.1 键开关与键盘类型254

7.7.2 键盘扫描255

7.7.3 微型计算机键盘256

7.8 其他输入设备259

7.8.1 鼠标器259

7.8.2 其他定位设备260

7.8.3 扫描仪260

7.9 打印输出设备263

7.9.1 打印机概述263

7.9.2 打印机的主要性能指标264

7.9.3 针式打印机工作原理265

7.9.4 喷墨打印机工作原理267

7.9.5 激光打印机工作原理268

7.10 显示设备269

7.10.1 显示器概述269

7.10.2 CRT显示器270

7.10.3 字符显示器的工作原理273

7.10.4 图形显示器的工作原理276

7.10.5 LCD显示器278

7.10.6 视频显示标准280

习题281

第8章 输入输出系统284

8.1 主机与外设的连接284

8.1.1 输入输出接口284

8.1.2 接口的功能和基本组成285

8.1.3 外设的识别与端口寻址287

8.1.4 输入输出信息传送控制方式289

8.2 程序查询方式及其接口290

8.2.1 程序查询方式290

8.2.2 程序查询方式接口292

8.3 中断系统和程序中断方式294

8.3.1 中断的基本概念294

8.3.2 中断请求和中断判优296

8.3.3 中断响应和中断处理300

8.3.4 多重中断与中断屏蔽303

8.3.5 中断全过程307

8.3.6 程序中断接口结构307

8.4 DMA方式及其接口309

8.4.1 DMA方式的基本概念309

8.4.2 DMA接口310

8.4.3 DMA传送方法与传送过程313

8.5 通道控制方式316

8.5.1 通道的基本概念316

8.5.2 通道的类型与结构317

8.5.3 通道程序320

8.5.4 通道工作过程322

8.6 总线技术323

8.6.1 总线通信控制323

8.6.2 总线管理325

8.6.3 总线类型和总线标准327

8.6.4 I/O接口标准330

习题333

索引336

参考文献347