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第1章 计算机基本组成及工作原理 1

1.1 计算机基本组成 1

1.1.1 计算机基本组成概述 1

1.1.2 CPU 3

1.1.3 内存 7

1.1.4 I/O 10

1.1.5 总线 13

1.2 计算机语言 17

1.3 计算机的工作原理 21

1.3.1 指令格式 21

1.3.2 计算机的基本工作过程 22

1.4 8086计算机系统组成 27

1.4.1 8086计算机的组成 27

1.4.2 8086 CPU 28

1.4.3 8086计算机内存组织结构 31

1.4.4 8086计算机I/O组织结构 32

习题 32

第2章 指令系统 35

2.1 指令系统概述 35

2.2 指令格式 36

2.2.1 操作码的编码 36

2.2.2 操作数 38

2.3 寻址方式 43

2.3.1 指令的寻址方式 44

2.3.2 操作数的寻址方式 47

2.4 指令类型 55

2.5 指令集结构设计 57

2.6 实例：8086 CPU指令集结构 59

2.6.1 8086 CPU的寄存器组 59

2.6.2 8086计算机的指令系统 59

习题 67

第3章 CPU设计 71

3.1 指令的执行过程 71

3.2 CPU设计步骤 73

3.3 模型机1的CPU设计 74

3.3.1 设计模型机1指令集结构 74

3.3.2 设计模型机1不可见寄存器 75

3.3.3 设计模型机1指令周期流程图 75

3.3.4 设计模型机1数据通路 79

3.4 模型机2的CPU设计 84

3.4.1 设计模型机2指令集结构 84

3.4.2 设计模型机2不可见寄存器 85

3.4.3 设计模型机2指令周期流程图 85

3.4.4 设计模型机2数据通路 92

习题 100

第4章 控制单元设计 107

4.1 控制单元设计方法 107

4.2 硬连线控制单元设计 109

4.2.1 硬连线控制单元设计基础 109

4.2.2 模型机1的硬连线控制单元设计 111

4.2.3 模型机2的硬连线控制单元设计 115

4.3 微程序控制单元设计 120

4.3.1 微程序控制单元设计基础 120

4.3.2 模型机1的微程序控制单元设计 123

4.3.3 模型机2的微程序控制单元设计 132

习题 146

第5章 存储器系统 150

5.1 概述 150

5.1.1 存储器的分类 150

5.1.2 存储器系统的层次结构 152

5.2 内存 154

5.2.1 随机存储器（RAM） 154

5.2.2 只读存储器（ROM） 156

5.2.3 CPU与内存的连接 158

5.3 高速缓冲存储器（Cache） 164

5.3.1 Cache基本原理 165

5.3.2 相联存储器 169

5.3.3 Cache地址映像 171

5.3.4 Cache替换算法 181

5.4 虚拟存储器 182

5.4.1 虚拟存储器概述 182

5.4.2 虚拟存储器的实现方法 184

习题 191

第6章 运算方法 197

6.1 无符号数和有符号数 197

6.1.1 无符号数和有符号数的定义 197

6.1.2 无符号数和有符号数的表示 198

6.1.3 无符号数和有符号数表示范围的区别 200

6.1.4 计算机对无符号数和有符号数的识别 201

6.2 数的定点表示和浮点表示 202

6.2.1 定点表示法 202

6.2.2 浮点表示法 203

6.3 定点数的算术运算 208

6.3.1 移位运算 208

6.3.2 定点补码加减运算 211

6.3.3 定点原码一位乘除运算 214

6.4 浮点数的算术运算 220

6.4.1 浮点数的加减运算 220

6.4.2 浮点数的乘除运算 221

6.5 逻辑运算及其实现 222

6.6 专用运算部件 223

6.6.1 流水线 223

6.6.2 查找表 225

6.6.3 华莱士树 227

习题 231

第7章 I/O系统 233

7.1 I/O系统概述 233

7.1.1 I/O系统的功能 233

7.1.2 I/O系统的组成 234

7.2 I/O设备 234

7.2.1 I/O设备的分类 235

7.2.2 输入设备 235

7.2.3 输出设备 243

7.2.4 外存储器设备 247

7.3 I/O接口 249

7.3.1 I/O接口的功能 250

7.3.2 I/O接口的组成 250

7.3.3 I/O接口的分类 251

7.3.4 外设的识别与I/O端口编址 252

7.4 I/O设备与主机之间的通信方式 252

7.4.1 程序直接控制方式 252

7.4.2 程序中断控制方式 255

7.4.3 DMA方式 261

7.4.4 通道控制方式 264

习题 267

参考文献 270