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第1章 概论1

1.1 计算机的基本概念1

1.1.1 信息的数字化表示2

1.1.2 存储程序工作方式5

1.1.3 计算机的分类6

1.2 计算机的诞生和发展8

1.2.1 冯·诺依曼体系8

1.2.2 计算机发展历程9

1.2.3 未来的发展趋势12

1.3 计算机系统的组织13

1.3.1 硬件系统13

1.3.2 软件系统18

1.3.3 硬件、软件系统层次结构20

1.3.4 硬件、软件功能划分与逻辑等价22

1.4 计算机的特点与性能指标23

1.4.1 计算机的特点23

1.4.2 计算机的主要性能指标24

习题127

第2章 数据的表示、运算和校验29

2.1 数值型数据的表示29

2.1.1 进位计数制29

2.1.2 带符号数的表示35

2.1.3 定点数与浮点数40

2.2 字符型数据的表示46

2.3 运算方法48

2.3.1 定点加减运算48

2.3.2 溢出的判断与移位50

2.3.3 定点乘法运算54

2.3.4 定点除法运算60

2.3.5 浮点四则运算65

2.4 常用的数据校验方法68

2.4.1 奇偶校验68

2.4.2 海明校验69

2.4.3 循环冗余校验71

习题273

第3章 CPU子系统76

3.1 CPU概述77

3.1.1 CPU的硬件结构模型77

3.1.2 基本功能与控制方式83

3.1.3 外部连接与I/O控制任务88

3.1.4 CPU设计步骤89

3.1.5 CPU的发展历程89

3.2 指令系统92

3.2.1 CISC与RISC92

3.2.2 指令格式93

3.2.3 寻址方式98

3.2.4 指令的功能和类型114

3.3 运算部件与运算器123

3.3.1 加法单元123

3.3.2 加法器与进位逻辑124

3.3.3 算术逻辑运算部件126

3.3.4 运算器的组织130

3.4 模型机CPU设计方法132

3.4.1 模型机指令系统132

3.4.2 基本部件与数据通路136

3.4.3 指令流程与微命令140

3.4.4 组合逻辑控制154

3.4.5 微程序控制165

3.5 MIPS32架构CPU设计实例184

3.5.1 MIPS32指令架构185

3.5.2 基本的组成部件190

3.5.3 单周期模式193

3.5.4 多周期模式205

3.5.5 指令的时间特性223

3.6 提升CPU性能的高新技术228

3.6.1 流水线技术228

3.6.2 SMT与超线程232

3.6.3 多核技术233

3.7 经典处理器介绍236

3.7.1 Intel 8086/8088 CPU237

3.7.2 Intel 80386/80486 CPU240

3.7.3 Pentium微处理器243

3.7.4 Alpha微处理器244

3.7.5 CRAY-1246

3.7.6 Transputer247

习题3248

第4章 存储子系统252

4.1 存储子系统概述252

4.1.1 存储系统的层次结构252

4.1.2 物理存储器与虚拟存储器256

4.1.3 存储器的分类256

4.1.4 存储器的技术指标259

4.2 半导体存储原理260

4.2.1 双板型存储单元260

4.2.2 静态存储器263

4.2.3 动态存储器267

4.2.4 半导体只读存储器272

4.3 主存储器的组织276

4.3.1 主存的设计原则276

4.3.2 主存的逻辑设计278

4.3.3 主存的外部连接方式281

4.3.4 常见的主存芯片技术283

4.3.5 存储器的刷新与校验286

4.4 磁表面存储原理289

4.4.1 存储介质与磁头289

4.4.2 读写原理290

4.4.3 磁记录的编码方式292

4.5 磁盘存储器及其接口296

4.5.1 软盘存储器297

4.5.2 硬盘存储器300

4.5.3 技术指标与数据校验308

4.5.4 磁盘适配器310

4.6 光学存储原理及器件314

4.6.1 光存储原理314

4.6.2 光盘存储器316

4.6.3 光盘驱动器及其发展方向317

4.7 存储系统性能的改进措施320

4.7.1 高速缓冲存储器320

4.7.2 虚拟存储器326

4.7.3 双端口存储器331

4.7.4 并行存储器332

4.7.5 联想存储器336

习题4337

第5章 总线与输入／输出子系统340

5.1 输入／输出子系统概述340

5.1.1 总线简介341

5.1.2 接口的功能与类型342

5.1.3 输入／输出控制方式345

5.2 总线347

5.2.1 总线的特性与分类348

5.2.2 总线的标准350

5.2.3 总线的设计要素351

5.2.4 PCI总线介绍358

5.3 直接程序传送模式360

5.4 中断处理模式362

5.4.1 中断的基本概念与应用362

5.4.2 中断请求与优先级裁决366

5.4.3 中断响应与中断服务程序372

5.4.4 中断接口的逻辑模型378

5.4.5 典型中断接口举例381

5.5 DMA模式与接口384

5.5.1 DMA方式的基本概念384

5.5.2 DMA控制器与接口的连接387

5.5.3 DMA控制器的组成391

5.5.4 DMA传输操作过程394

5.5.5 典型DMA接口举例395

5.6 IOP和PPU模式401

5.6.1 通道的系统结构401

5.6.2 通道的类型402

5.6.3 通道的工作原理403

习题5405

第6章 输入／输出设备407

6.1 输入／输出设备概述407

6.1.1 输入／输出设备的一般功能407

6.1.2 输入／输出设备的类型408

6.1.3 输入／输出设备与主机的信息交换411

6.2 键盘及接口412

6.2.1 键盘的类型412

6.2.2 硬件扫描键盘415

6.2.3 软件扫描键盘416

6.3 显示设备及接口419

6.3.1 显示器的分类419

6.3.2 显示器的成像原理420

6.3.3 CRT显示器427

6.3.4 LCD显示器433

6.3.5 显示适配器及工作原理439

6.4 打印设备及接口444

6.4.1 打印设备概述444

6.4.2 打印机的性能指标445

6.4.3 点阵针式打印机446

6.4.4 喷墨打印机450

6.4.5 激光打印机453

6.4.6 打印机适配器455

6.4.7 3D打印技术简介456

6.5 其他输入／输出设备457

6.5.1 光学字符识别设备457

6.5.2 图形图像输入设备458

6.5.3 语音识别设备460

6.5.4 条形码与二维码识别仪461

习题6464

第7章 计算机硬件系统模型465

7.1 模型机系统及信号互连465

7.1.1 系统组成465

7.1.2 系统总线466

7.1.3 各部件的信号线467

7.2 模型机典型I/O操作举例471

7.2.1 直接程序传输方式的I/O操作471

7.2.2 中断方式下的I/O操作472

7.2.3 DMA方式下的I/O操作473

7.3 系统配置举例474

习题7476

参考文献477