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第1章 计算机系统概述1

1.1计算机发展历程1

1.1.1计算机硬件的发展1

1.1.2计算机软件的发展2

1.1.3计算机的分类与发展方向2

1.1.4本节习题精选3

1.1.5答案与解析3

1.2计算机系统层次结构4

1.2.1计算机系统的组成4

1.2.2计算机硬件的基本组成4

1.2.3计算机软件的分类7

1.2.4计算机的工作过程7

1.2.5计算机系统的多级层次结构8

1.2.6本节习题精选9

1.2.7答案与解析10

1.3计算机的性能指标12

1.3.1计算机的主要性能指标12

1.3.2几个专业术语的概念14

1.3.3本节习题精选14

1.3.4答案与解析16

1.4常见问题和易混淆知识点19

第2章 数据的表示和运算22

2.1数制与编码23

2.1.1进位计数制及其相互转换23

2.1.2真值和机器数25

2.1.3 BCD码25

2.1.4字符与字符串25

2.1.5校验码26

2.1.6本节习题精选29

2.1.7答案与解析31

2.2定点数的表示与运算34

2.2.1定点数的表示34

2.2.2定点数的运算37

2.2.3本节习题精选44

2.2.4答案与解析50

2.3浮点数的表示与运算57

2.3.1浮点数的表示57

2.3.2浮点数的加减运算60

2.3.3本节习题精选61

2.3.4答案与解析65

2.4算术逻辑单元ALU71

2.4.1串行加法器和并行加法器72

2.4.2算术逻辑单元的功能和结构75

2.4.3本节习题精选76

2.4.4答案与解析77

2.5常见问题和易混淆知识点78

第3章 存储系统82

3.1存储器的层次结构83

3.1.1存储器的分类83

3.1.2存储器的性能指标84

3.1.3本节习题精选84

3.1.4答案与解析85

3.2存储器的层次化结构86

3.2.1多级存储系统86

3.2.2本节习题精选87

3.2.3答案与解析88

3.3半导体随机存储器88

3.3.1半导体存储芯片88

3.3.2 SRAM存储器和DRAM存储器89

3.3.3只读存储器91

3.3.4本节习题精选92

3.3.5答案与解析94

3.4主存储器与CPU的连接96

3.4.1连接原理96

3.4.2主存容量的扩展96

3.4.3存储芯片的地址分配和片选98

3.4.4存储器与CPU的连接99

3.4.5本节习题精选100

3.4.6答案与解析102

3.5双口RAM和多模块存储器107

3.5.1双端口RAM107

3.5.2多模块存储器108

3.5.3本节习题精选110

3.5.4答案与解析110

3.6高速缓冲存储器112

3.6.1程序访问的局部性原理112

3.6.2 Cache的基本工作原理112

3.6.3 Cache和主存的映射方式113

3.6.4 Cache中主存块的替换算法116

3.6.5 Cache写策略116

3.6.6本节习题精选117

3.6.7答案与解析119

3.7虚拟存储器125

3.7.1虚拟存储器的基本概念125

3.7.2页式虚拟存储器126

3.7.3段式虚拟存储器126

3.7.4段页式虚拟存储器127

3.7.5快表TLB127

3.7.6虚拟存储器与Cache的比较128

3.7.7本节习题精选128

3.7.8答案与解析131

3.8常见问题和易混淆知识点134

第4章 指令系统136

4.1指令格式136

4.1.1指令的基本格式136

4.1.2定长操作码指令格式138

4.1.3扩展操作码指令格式138

4.1.4本节习题精选139

4.1.5答案与解析141

4.2指令寻址方式144

4.2.1指令寻址和数据寻址144

4.2.2常见的数据寻址方式145

4.2.3本节习题精选149

4.2.4答案与解析153

4.3 CISC和RISC的基本概念156

4.3.1复杂指令系统计算机CISC157

4.3.2精简指令系统计算机RISC157

4.3.3 CISC和RISC的比较157

4.3.4本节习题精选158

4.3.5答案与解析159

4.4常见问题和易混淆知识点159

第5章 中央处理器162

5.1 CPU的功能和基本结构162

5.1.1 CPU的功能162

5.1.2 CPU的基本结构163

5.1.3本节习题精选164

5.1.4答案与解析166

5.2指令执行过程168

5.2.1指令周期168

5.2.2指令周期的数据流169

5.2.3指令执行方案171

5.2.4本节习题精选172

5.2.5答案与解析174

5.3数据通路的功能和基本结构176

5.3.1数据通路的功能176

5.3.2数据通路的基本结构176

5.3.3本节习题精选177

5.3.4答案与解析181

5.4控制器的功能和工作原理186

5.4.1控制器的结构和功能186

5.4.2硬布线控制器187

5.4.3微程序控制器191

5.4.4本节习题精选197

5.4.5答案与解析200

5.5指令流水线204

5.5.1指令流水线的基本概念204

5.5.2流水线的分类206

5.5.3影响流水线的因素206

5.5.4流水线的性能指标207

5.5.5超标量流水线的基本概念209

5.5.6本节习题精选209

5.5.7答案与解析212

5.6多核处理器的基本概念217

5.6.1多核处理器的发展简述217

5.6.2多核处理器的基本概念217

5.6.3多核处理器的主要技术和挑战217

5.6.4本节习题精选218

5.6.5答案与解析218

5.7常见问题和易混淆知识点218

第6章 总线219

6.1总线概述219

6.1.1总线基本概念219

6.1.2总线的分类220

6.1.3系统总线的结构221

6.1.4总线的性能指标222

6.1.5本节习题精选222

6.1.6答案与解析225

6.2总线仲裁227

6.2.1集中仲裁方式227

6.2.2分布仲裁方式229

6.2.3本节习题精选229

6.2.4答案与解析230

6.3总线操作和定时230

6.3.1总线传输的4个阶段231

6.3.2同步定时方式231

6.3.3异步定时方式231

6.3.4本节习题精选232

6.3.5答案与解析233

6.4总线标准234

6.4.1常见的总线标准234

6.4.2本节习题精选235

6.4.3答案与解析236

6.5常见问题和易混淆知识点236

第7章 输入/输出系统237

7.1 I/O系统基本概念237

7.1.1输入／输出系统237

7.1.2 I/O控制方式238

7.1.3本节习题精选238

7.1.4答案与解析239

7.2外部设备239

7.2.1输入设备239

7.2.2输出设备239

7.2.3外存储器241

7.2.4本节习题精选244

7.2.5答案与解析245

7.3 I/O接口246

7.3.1 I/O接口的功能247

7.3.2 I/O接口的基本结构247

7.3.3 I/O接口的类型248

7.3.4 I/O端口及其编址248

7.3.5本节习题精选248

7.3.6答案与解析249

7.4 I/O方式250

7.4.1程序查询方式250

7.4.2程序中断方式251

7.4.3 DMA方式255

7.4.4通道方式259

7.4.5本节习题精选261

7.4.6答案与解析267

7.5常见问题和易混淆知识点274

附录A王道集训营介绍276

参考文献278