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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ALU 42

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CPU 128

5.3.5 指令流程举例2——专用通路结构CPU 130

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 R4000 163

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