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第1章 概述1

1.1计算机的发展简史2

1.1.1计算机的定义2

1.1.2计算机的发展3

1.1.3计算机微处理器的发展5

1.1.4计算机技术指标6

1.2计算机的分类7

1.2.1按计算机的用途分类7

1.2.2按信息处理方式与形式分类8

1.2.3按计算机的规模分类8

1.3计算机系统的层次结构及特点10

1.3.1计算机系统的层次结构10

1.3.2计算机的特点11

1.3.3冯·诺依曼体制12

1.4计算机硬件13

1.4.1计算机的硬件组成概述13

1.4.2计算机运算器及其功能14

1.4.3计算机存储器及其功能15

1.4.4计算机控制器及其功能16

1.4.5计算机输入/输出设备与接口17

1.4.6信息表示的数字化和硬件功能的逻辑化18

1.5计算机软件19

1.5.1计算机软件的作用19

1.5.2计算机软件的发展20

1.5.3计算机软件的分类20

1.5.4计算机硬件系统和软件系统的关系22

1.6计算机网络22

1.6.1计算机网络基础知识22

1.6.2计算机网络的分类23

1.6.3计算机网络软件的分类与功能23

1.6.4网络互联设备24

1.7计算机的发展趋势24

1.8计算机的应用领域26

1.8.1各类科学计算26

1.8.2各种信息处理26

1.8.3实时控制26

1.8.4计算机辅助工程26

1.8.5办公自动化27

1.8.6数据通信27

1.8.7家用电器27

1.8.8商务处理27

1.8.9管理应用27

本章小结28

习题29

第2章 计算机常用的基本逻辑部件31

2.1组合逻辑电路的应用33

2.1.1加法器及其作用33

2.1.2译码器及其作用35

2.1.3算术运算逻辑单元40

2.1.4三态门及其作用44

2.1.5异或门及其作用45

2.1.6数据选择器及其作用46

2.2时序逻辑电路的应用47

2.2.1触发器及其原理47

2.2.2寄存器及其原理50

2.2.3计数器及其原理53

2.3计算机常用的阵列逻辑电路56

2.3.1（ROM）只读存储器56

2.3.2可编程逻辑阵列57

2.3.3可编程阵列逻辑58

2.3.4通用阵列逻辑58

本章小结59

习题59

第3章 计算机的运算方法与运算器61

3.1数值数据与非数值数据的表示62

3.1.1数值数据62

3.1.2非数值数据64

3.2进制及其相互转换68

3.2.1任意进制转换成十进制68

3.2.2十进制转换成任意进制68

3.2.3二进制与八进制、十六进制转换70

3.2.4十六进制转换成八进制70

3.3带符号数的二进制的表示71

3.3.1原码表示72

3.3.2反码表示72

3.3.3补码表示72

3.3.4移（增）码表示73

3.3.5定点数和浮点数表示74

3.4带符号定点数的二进制加减法运算75

3.4.1补码加法运算75

3.4.2补码减法运算76

3.4.3加法运算的溢出处理方法78

3.5带符号定点数的二进制乘法运算79

3.5.1定点数一位乘法运算79

3.5.2定点数二位乘法运算85

3.5.3阵列乘法器87

3.6带符号定点数的二进制除法运算88

3.6.1定点数除法运算88

3.6.2除法运算方法举例92

3.7带符号浮点数的二进制运算94

3.7.1浮点数的加减运算94

3.7.2浮点数的乘除运算97

3.8计算机的运算部件99

3.8.1定点运算器99

3.8.2浮点运算器99

3.9常用的数据校验方法99

3.9.1奇偶校验99

3.9.2海明校验100

3.9.3循环冗余校验103

本章小结105

习题105

第4章 主存储器108

4.1主存储器的概述109

4.2主存储器分类与层次结构111

4.2.1存储器的分类111

4.2.2存储器分级114

4.2.3主存储器的主要技术指标116

4.3 SRAM及DRAM存储器的工作原理117

4.3.1 SRAM存储器117

4.3.2 DRAM存储器120

4.3.3存储器周期时序图124

4.4只读存储器和Flash存储器128

4.4.1只读存储器128

4.4.2 Flash存储器132

4.5高速缓冲存储器134

4.5.1高速缓冲存储器基本原理134

4.5.2主存与缓存的地址映像135

4.5.3主存与缓存的替换策略141

4.5.4缓存的写操作141

4.6半导体存储器的组成与控制143

4.6.1存储器的扩展146

4.6.2案例：扩展例题147

4.7多体交叉存储器152

4.7.1增加存储器的数据宽度152

4.7.2多体交叉存储器应用152

4.8虚拟存储器153

4.8.1虚拟存储器的概念153

4.8.2页式存储管理153

4.8.3段式存储管理154

4.8.4段页式存储管理156

本章小结157

习题157

第5章 指令系统159

5.1指令系统的发展160

5.1.1指令系统的发展过程160

5.1.2指令系统的性能与要求160

5.2指令格式161

5.2.1指令格式介绍161

5.2.2指令操作码的扩展技术163

5.2.3指令长度与字长的关系164

5.3指令的类型165

5.4指令和数据的寻址方式173

5.4.1计算机指令的寻址方式173

5.4.2操作码的设计178

5.4.3地址码的设计179

5.5 CISC和RISC计算机181

5.5.1复杂指令系统计算机（CISC）及其特点181

5.5.2精简指令系统计算机（RISC）及其特点182

5.6指令系统举例183

5.6.1 SPARC的指令系统183

5.6.2向量指令举例184

5.7计算机机器语言、汇编语言、高级语言特点分析185

本章小结187

习题187

第6章 中央处理器及其工作原理188

6.1中央处理器的组成及功能189

6.1.1控制器的组成190

6.1.2控制器的功能191

6.1.3运算器的组成193

6.1.4运算器的功能194

6.1.5指令执行过程195

6.1.6操作控制与时序产生器197

6.2指令周期199

6.2.1指令周期概述199

6.2.2典型的指令周期200

6.2.3 MOV指令的指令周期201

6.2.4 LAD指令的指令周期203

6.2.5 ADD指令的指令周期205

6.2.6 STO指令的指令周期206

6.2.7 JMP指令的指令周期207

6.3时序信号的产生与控制方式209

6.4微程序控制器的组成与设计211

6.4.1微程序控制的基本组成及原理211

6.4.2微程序设计技术及应用213

6.4.3微程序指令格式214

6.4.4硬布线控制器215

6.5 RISC CPU218

6.5.1 RISC CPU的特点218

6.5.2 RISC CPU的举例220

6.6多媒体CPU221

6.6.1多媒体技术与主要问题221

6.6.2 MMX技术及分析221

6.7流水CPU221

6.7.1流水CPU的结构分析221

6.7.2流水线中的主要问题223

6.7.3并行处理技术223

本章小结224

习题224

第7章 外围设备227

7.1外围设备概述228

7.1.1外围设备的分类228

7.1.2外围设备的基本功能229

7.2输入设备230

7.2.1键盘原理及功能230

7.2.2鼠标原理及功能231

7.2.3触摸屏原理及功能232

7.2.4图像输入设备原理及功能232

7.2.5条形码识别仪器原理及功能233

7.2.6光笔、光学输入设备233

7.3输出设备的显示器与打印机233

7.3.1显示器的相关技术233

7.3.2显示器的种类235

7.3.3打印机的种类235

7.3.4打印机的发展趋势236

7.3.5汉字处理技术236

7.4辅助存储器239

7.4.1磁盘存储器239

7.4.2光盘存储器240

7.4.3 U盘240

7.4.4磁带存储器241

7.4.5固态硬盘241

7.4.6各种辅存的综合比较241

7.5常用输入设备案例241

本章小结242

习题242

第8章 输入/输出系统245

8.1输入/输出系统概述246

8.1.1输入/输出设备控制器的基本功能246

8.1.2输入/输出接口的基本结构和编址方式247

8.2输入/输出设备的速度分级与信息交换方式249

8.2.1输入/输出设备的速度分级249

8.2.2信息交换方式249

8.3程序查询方式251

8.4程序中断方式251

8.4.1程序中断的基本概念251

8.4.2中断的产生、作用与响应252

8.4.3中断处理253

8.4.4单级与多级程序中断256

8.4.5程序中断设备接口的组成与工作原理257

8.5通道控制方式259

8.5.1通道的概念259

8.5.2通道的功能259

8.5.3 I/O通道的种类261

8.5.4通道结构的发展262

8.6 DMA输入/输出方式262

8.6.1 DMA的基本概念263

8.6.2基本的DMA控制器类型与组成263

8.6.3 DMA的数据传送过程264

8.6.4 DMA的3种控制方式264

8.7外围处理机方式与通道控制方式265

8.7.1通道型IOP与外围处理机265

8.7.2通用I/O标准接口266

本章小结268

习题269

第9章 总线系统270

9.1总线的概述271

9.2总线的结构271

9.2.1总线的类型271

9.2.2总线的结构与组成273

9.2.3总线的连接方式274

9.2.4总线结构应用275

9.3总线接口与仲裁277

9.3.1总线接口与仲裁的基本概念277

9.3.2信息传送方式278

9.3.3总线集中式仲裁方式279

9.3.4总线分布式仲裁方式281

9.4总线的定时与传送模式281

9.4.1总线的定时协议281

9.4.2总线的数据传送模式282

9.5 PCI总线与HOST总线282

9.5.1 PCI总线信号282

9.5.2多总线结构284

9.5.3总线周期类型与操作285

9.5.4总线仲裁286

9.6总线应用案例：基于PCI总线的高速实时数据采集系统的设计286

本章小结287

习题288

第10章 计算机系统291

10.1计算机系统概述292

10.1.1计算机系统的分类292

10.1.2计算机开放系统293

10.1.3计算机系统的性能评价293

10.2微型计算机系统294

10.2.1个人计算机及微处理器294

10.2.2商用计算机与家用计算机295

10.2.3片上系统与嵌入式计算机296

10.2.4笔记本式计算机、台式计算机、智能手机及PDA298

10.3多媒体计算机系统300

10.3.1多媒体计算机概述300

10.3.2多媒体计算机系统的组成与结构300

10.3.3多媒体计算机的关键技术301

10.3.4多媒体计算机技术的应用302

10.4工作站与服务器304

10.4.1工作站304

10.4.2服务器304

10.5多处理机和阵列处理机系统304

10.5.1多处理机系统304

10.5.2阵列处理机305

10.6向量处理机及其功能306

10.7超长指令字处理机、超级流水线处理机和超级标量处理机的功能308

本章小结309

习题309

第11章 操作系统的应用311

11.1操作系统概述312

11.1.1操作系统的概念312

11.1.2操作系统的特性313

11.1.3操作系统的功能分析314

11.1.4操作系统的硬件环境315

11.1.5操作系统需要解决的问题317

11.2调度控制317

11.2.1程序动态的执行过程控制317

11.2.2调度的层次结构320

11.2.3调度的实现过程320

11.3存储管理321

11.3.1分区存储管理321

11.3.2交换与分页技术的应用322

11.4存储保护322

11.4.1存储区域的保护323

11.4.2访问方式的保护324

11.5虚拟存储器325

11.5.1虚拟存储器的概念325

11.5.2页式虚拟存储器326

11.5.3段式虚拟存储器和段页式虚拟存储器327

11.5.4虚拟存储器的替换算法329

11.6操作系统应用举例329

11.6.1存储器模型330

11.6.2虚地址模式330

11.6.3 Pentium处理机的虚拟存储器331

本章小结331

习题332

参考文献334