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第1章 计算机系统概论1

1.1 计算机系统发展简史1

1.1.1 计算机1

1.1.2 电子计算机4

1.2 电子计算机硬件的主要组成部分9

1.2.1 运算器9

1.2.2 控制器9

1.2.3 存储器10

1.2.4 输入设备10

1.2.5 输出设备10

1.3 电子计算机系统的主要技术指标10

1.3.1 字长10

1.3.2 运算速度11

1.3.3 存储容量11

1.3.4 主频11

1.4 软件概述12

1.4.1 软件及其分类12

1.4.2 对“软件”的完整理解13

1.4.3 语言处理程序14

1.5 计算机系统层次结构16

1.6 计算机的应用18

1.6.1 数值计算18

1.6.2 数据处理18

1.6.3 计算机控制18

1.6.4 计算机辅助设计／计算机辅助制造18

1.6.5 人工智能19

第2章 运算基础——数值的机器级表示20

2.1 数制20

2.1.1 十进制数制20

2.1.2 二进制数制21

2.1.3 二进制数与十进制数之间的转换22

2.1.4 十六进制数制23

2.2 机器数与真值——带符号数与不带符号数的表示25

2.2.1 机器数与真值25

2.2.2 带符号数的表示法25

2.3 定点表示法与浮点表示法28

2.3.1 定点表示法28

2.3.2 浮点表示法28

2.4 字符与字符串的表示29

2.4.1 二进制信息编码29

2.4.2 ASCII码30

2.5 汉字编码31

2.5.1 汉字的输入编码31

2.5.2 国标码与汉字机内码31

2.5.3 汉字字模码31

2.6 校验码32

2.6.1 概述——几个基本概念32

2.6.2 奇偶校验码33

2.6.3 循环冗余校验码35

第3章 数值的机器运算40

3.1 定点数的加、减法运算和加、减法电路的实现40

3.1.1 定点数的加减运算40

3.1.2 从半加器到算术逻辑部件ALU42

3.2 定点数的乘、除法运算和乘、除法电路的实现50

3.2.1 定点数的乘法运算和乘法电路的实现50

3.2.2 定点数的除法运算和除法电路的实现57

3.3 逻辑运算62

3.3.1 “与”、“或”和“非”运算62

3.3.2 “异或”运算63

3.4 定点运算器的基本结构与工作原理64

3.4.1 移位电路65

3.4.2 定点运算的主要组成65

3.5 浮点数运算和浮点数运算器的实现66

3.5.1 二进制数的浮点表示法66

3.5.2 二进制数的浮点运算67

3.5.3 浮点运算器的基本结构71

第4章 存储系统和结构76

4.1 存储系统的组成76

4.1.1 存储器的分类76

4.1.2 主存76

4.1.3 辅存78

4.2 主存的组织与操作78

4.2.1 半导体存储器的基本结构78

4.2.2 存储器中的数据组织79

4.2.3 半导体存储器的主要技术指标79

4.2.4 半导体存储器芯片的发展80

4.2.5 主存储器的组织82

4.2.6 多体交叉存储技术86

4.3 存储系统的层次结构87

4.4 高速缓冲存储器88

4.4.1 Cache的工作原理88

4.4.2 主存与Cache之间的地址映像89

4.4.3 直接映像90

4.4.4 全相联映像94

4.4.5 组相联映像97

4.4.6 替换策略和更新策略99

4.5 虚拟存储器101

4.5.1 虚拟存储器的基本概念101

4.5.2 页式虚拟存储器102

4.5.3 段式虚拟存储器104

4.5.4 段页式虚拟存储器104

4.5.5 快表技术105

第5章 指令系统110

5.1 指令与指令系统110

5.1.1 指令格式110

5.1.2 寻址方式114

5.2 介绍两类指令系统118

5.2.1 80X86系列指令系统118

5.2.2 MIPS处理器指令系统120

5.3 指令流程123

5.3.1 指令执行过程123

5.3.2 3种周期124

5.3.3 两种典型的CPU结构类型124

5.3.4 指令流程举例1——单总线结构CPU128

5.3.5 指令流程举例2——专用通路结构CPU130

第6章 中央处理器135

6.1 中央处理器的功能与组成135

6.1.1 中央处理器的组成135

6.1.2 中央处理器的功能136

6.1.3 控制器的组成136

6.2 硬连线控制器137

6.2.1 硬连线控制器概述137

6.2.2 硬连线控制器的结构138

6.2.3 硬连线控制器的设计步骤140

6.3 微程序控制器140

6.3.1 微程序控制器概述140

6.3.2 微程序控制器的基本结构141

6.3.3 微程序设计技术142

6.4 中断与异常处理148

6.4.1 中断与异常的定义148

6.4.2 中断处理过程149

6.4.3 中断优先级151

6.4.4 中断的嵌套154

6.5 中央处理器中流水线技术的基本概念154

6.5.1 并行性的概念154

6.5.2 指令的3种解释方式157

6.5.3 流水线技术的特点161

6.5.4 流水线中的相关性161

6.5.5 流水线的性能指标161

6.5.6 流水线实例简介——MIPS R4000163

第7章 I/O接口与外围设备166

7.1 常用输入设备和输出设备166

7.1.1 键盘167

7.1.2 鼠标168

7.1.3 扫描仪168

7.1.4 打印机169

7.1.5 显示器171

7.2 外存储器173

7.2.1 磁盘存储器173

7.2.2 磁带存储器175

7.2.3 光盘存储器177

7.2.4 U盘存储器182

7.3 外围设备与主机的定时方式和信息交换方式183

7.3.1 程序控制传送方式184

7.3.2 DMA传送方式188

7.3.3 通道传送方式191

7.4 图形用户界面193

7.4.1 人机交互技术193

7.4.2 图形用户界面概述195

第8章 总线202

8.1 总线概述202

8.1.1 总线和总线标准202

8.1.2 总线的分类203

8.2 总线通信协议、总线仲裁和总线负载能力205

8.2.1 总线传输周期205

8.2.2 总线通信协议205

8.2.3 总线仲裁207

8.2.4 总线的负载能力209

8.3 实用总线标准210

8.3.1 PCI总线210

8.3.2 RS-232C总线219

8.3.3 IEEE-488总线222

8.3.4 IDE/ATA总线222

8.3.5 SCSI总线225

8.3.6 USB总线227

8.3.7 IEEE 1394总线232

参考文献235