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1.1　电子计算机的定义及其分类1

第1章　计算机系统概述1

1.2　计算机的发展与应用2

1.2.1　电子管计算机2

1.2.2　晶体管计算机6

1.2.3　集成电路计算机6

1.2.4　大规模集成电路计算机8

1.2.5　超大规模集成电路计算机9

1.2.6　计算机的应用领域9

1.3　计算机的硬件组成10

1.3.2　存储器11

1.3.1　CPU11

1.3.3　输入／输出设备12

1.4　计算机软件及其发展12

1.5　计算机的工作过程与性能指标14

1.5.1　计算机的工作过程14

1.5.2　计算机的主要性能指标15

1.6　计算机系统的组成16

1.6.1　计算机系统的层次结构16

1.6.2　硬、软件的功能分配与逻辑等价性17

一、选择题18

综合练习一18

小结18

二、填空题19

三、应用题19

第2章　数据及信息的表示20

2.1　进位计数制及其转换20

2.1.1　进位计数制20

2.1.2　常用的进位计数制21

2.1.3　进制的转换23

2.2 符号数与带符号数26

2.2.1　原码表示法27

2.2.2　补码表示法28

2.2.3　反码表示法29

2.2.4　三种码制的比较与转换30

2.2.5　移码表示法30

2.3　定点数与浮点数31

2.3.1　定点数的表示方法32

2.3.2　浮点数的表示方法33

2.3.3　定点数与浮点数的比较35

2.4　字符数据的表示36

2.4.1　字符与字符串的表示36

2.4.2　汉字的编码表示39

2.5.1　二-十进制编码40

2.5　十进制数的表示40

2.5.2　十进制数串的表示42

2.6　数据校验码42

2.6.1　奇偶校验码43

2.6.2　海明校验码44

2.6.3　循环冗余校验码46

小结48

综合练习二49

一、选择题49

三、应用题50

二、填空题50

第3章　存储系统52

3.1　存储器简介52

3.1.1　存储器的作用52

3.1.2　存储器的分类52

3.1.3　存储器的主要性能指标54

3.1.4　存储器分级结构56

3.2　随机读写存储器57

3.2.1　静态存储元57

3.2.2　动态存储元58

3.2.3　SRAM与DRAM的比较62

3.3.1　SRAM存储器的基本组成63

3.3　存储器的组成63

3.3.2　SRAM实例66

3.3.3　DRAM存储器68

3.3.4　存储器扩展70

3.3.5　主存储器与CPU的连接72

3.4　高性能DRAM结构73

3.4.1　微处理器与DRAM的延迟差距73

3.4.2　EDRAM芯片74

3.4.3　FPM DRAM75

3.4.4　EDO DRAM75

3.4.7　RDRAM76

3.4.6　DDR SDRAM76

3.4.5　SDRAM76

3.4.8　SLDRAM77

3.4.9　VCM77

3.5　只读存储器77

3.5.1　掩模式只读存储器78

3.5.2　可编程只读存储器78

3.5.3　光擦除可编程只读存储器79

3.5.4　电擦除型可编程只读存储器80

3.5.5　闪速存储器80

3.6　高速存储器85

3.6.1　双端口存储器86

3.6.2　多体交叉存储器89

3.7.1　Cache的工作原理92

3.7　高速缓冲存储器92

3.7.2　Cache／主存结构93

3.7.3　Cache的命中率94

3.7.4　Cache的读／写操作94

3.7.5　Cache与主存之间的地址映射95

3.7.6　Cache块的替换算法100

3.7.7　多层次Cache结构101

3.7.8　Pentium机中的Cache结构102

3.7.9　Pentium 4中的Cache结构104

3.8　虚拟存储器104

3.8.1 虚拟存储器的基本概念104

3.8.2　页式虚拟存储器105

3.8.3　段式虚拟存储器108

3.8.4　段页式虚拟存储器109

3.8.5　替换算法110

3.8.6　Pentium虚拟存储器111

小结114

综合练习三115

一、选择题115

二、填空题116

三、应用题117

第4章　指令系统118

4.1　指令格式118

4.1.1　地址码119

4.1.2　Pentium的指令格式121

4.2　寻址方式122

4.2.1　基本寻址方式122

4.2.2　块寻址128

4.2.3　段寻址128

4.2.4　32位寻址方式129

4.2.5　堆栈与堆栈寻址130

4.2.6　Pentium的寻址方式132

4.3　指令类型134

4.3.1　数据传送类指令134

4.3.2　算术运算类指令135

4.3.3　逻辑运算和移位类指令137

4.3.4　串操作类指令138

4.3.5　控制转移类指令139

4.3.6　其他指令142

4.4　CISC与RISC142

4.4.1　CISC143

4.4.2　Pentium的指令系统143

4.4.3　RISC146

4.4.4　Power PC的指令系统147

4.4.5　指令系统的进一步发展148

小结149

一、选择题150

综合练习四150

二、填空题151

三、应用题152

第5章　运算方法和运算器153

5.1　定点加减运算153

5.1.1　补码加减运算153

5.1.2　基本的二进制加／减法器157

5.1.3　十进制加法器162

5.2　定点乘法运算163

5.2.1　原码一位乘法163

5.2.2　补码一位乘法166

5.3.1　原码一位除法170

5.3　定点除法运算170

5.3.2　补码一位除法174

5.4　浮点数运算175

5.4.1　浮点加减运算175

5.4.2　浮点乘除运算178

5.5　逻辑运算及其实现179

5.6　运算器的基本组成与实例180

5.6.1 算术／逻辑运算单元（ALU）181

5.6.2　运算器的内部总线结构182

5.6.3　浮点运算器183

小结185

一、选择题186

综合练习五186

二、填空题187

三、应用题188

第6章　中央处理器189

6.1　中央处理器的基本组成189

6.1.1 运算器190

6.1.2　控制器191

6.2　指令周期194

6.2.1　非访内指令的指令周期195

6.2.2　直接访内指令的指令周期196

6.2.3　间接访内指令的指令周期197

6.2.5　程序转移指令的指令周期198

6.2.4　空操作指令的指令周期198

6.2.6　指令流程图199

6.3　时序控制方式200

6.3.1　多级时序系统200

6.3.2　控制器的控制方式201

6.4　微程序控制器202

6.4.1　微程序控制的基本概念202

6.4.2　微程序控制器204

6.4.3　微指令的编码方式206

6.4.4　微程序的顺序控制210

6.4.5　微指令格式212

6.4.6　微指令的执行方式213

6.4.7　微程序举例214

6.5　流水线技术217

6.5.1　流水线技术的基本原理217

6.5.2　流水线中的主要问题219

6.5.3　超流水线技术与超标量技术223

6.6　典型的CPU224

6.6.1　Intel CPU225

6.6.2　AMD CPU235

小结235

一、选择题236

综合练习六236

二、填空题237

三、应用题238

第7章　总线及其结构239

7.1　总线的基本概念239

7.1.1　总线的分类239

7.1.2　总线的主要参数240

7.1.3　总线的标准化240

7.2　总线的连接方式241

7.2.1　单总线结构241

7.2.3　三总线结构与局部总线242

7.2.2　双总线结构242

7.2.4　总线的层次结构244

7.3　总线控制245

7.3.1　总线的仲裁245

7.3.2　总线定时协议248

7.3.3　总线的数据传输249

7.4　典型总线250

7.4.1　ISA总线250

7.4.2　MCA总线253

7.4.3　EISA总线253

7.4.4　PCI总线254

小结261

7.4.5　AGP总线261

综合练习七262

一、选择题262

二、填空题263

三、应用题263

第8章　外围设备265

8.1　外围设备简介265

8.1.1　外围设备的地位和作用265

8.1.2　外围设备与主机的连接266

8.1.3　外围设备的分类267

8.2.1　键盘268

8.2　输入设备268

8.2.2　鼠标271

8.2.3　条码阅读器272

8.2.4　扫描仪274

8.2.5　数字化仪276

8.2.6　触摸屏276

8.3　显示设备279

8.3.1　显示器的分类279

8.3.2　CRT显示器280

8.3.3　显示器的主要技术指标287

8.3.4　显示适配器287

8.3.5　液晶显示器289

8.4 打印机290

8.4.1 点阵打印技术291

8.4.2　针式打印机291

8.4.3　喷墨打印机294

8.4.4　激光打印机295

8.5　辅助存储器298

8.5.1　辅助存储器的种类298

8.5.2　磁表面存储器的技术指标298

8.5.3　磁记录原理与磁记录编码方式300

8.5.4　硬磁盘存储器303

8.5.5　软磁盘存储器309

8.5.6　磁带存储器310

8.6　光盘存储器311

8.6.1 光盘的种类311

8.6.2　CD-ROM光盘312

小结315

综合练习八315

一、选择题315

二、填空题316

三、应用题317

第9章　输入／输出系统318

9.1　I/O接口的类型及其功能318

9.1.1　I/O接口的类型318

9.1.2　I/O接口的功能319

9.2　CPU与I/O接口之间的信息传送方式320

9.2.1　程序控制方式320

9.2.2　DMA方式322

9.2.3　I/O通道方式322

9.2.4　外围处理机方式322

9.3　程序中断方式322

9.3.1 中断的基本概念322

9.3.2　中断的类型323

9.3.3　中断的作用324

9.3.4　中断源的组织方式325

9.3.5　中断过程327

9.3.6　中断接口电路328

9.3.7　中断优先权排队电路329

9.3.8　多个中断的处理331

9.3.9　8259A中断控制器331

9.3.10　Pentium的中断机制335

9.4　直接存储器存取（DMA）方式336

9.4.1　DMA方式简介336

9.4.2　DMA的工作方式337

9.4.3　DMA控制器338

9.4.4　DMA的数据传送过程340

9.4.5　DMA控制器Intel 8237340

9.5.1　通道方式简介344

9.5　通道方式344

9.5.2 通道的类型345

9.6　外围处理机方式347

小结348

综合练习九348

一、选择题348

二、填空题349

三、应用题350

第10章　TEC-4计算机组成原理实验系统351

10.1　TEC-4计算机组成原理实验系统特点351

10.2　TEC-4计算机组成原理实验系统的组成351

10.2.2 时序发生器352

10.2.1 电源352

10.2.3　数据通路353

10.2.4　控制器356

10.2.5　控制台358

10.2.6　用户自选器件试验区361

小结361

第11章　基本实验362

11.1　运算器组成实验362

11.1.1　实验目的362

11.1.2　实验电路362

11.1.3　实验设备363

11.1.4　实验任务364

11.2　双端口存储器原理实验365

11.2.1　实验目的365

11.2.2　实验电路365

11.2.3　实验设备366

11.2.4　实验任务367

11.3　数据通路组成实验368

11.3.1　实验目的368

11.3.2　实验电路368

11.3.3　实验设备369

11.3.4　实验任务369

11.4.2　实验电路370

11.4　微程序控制器组成实验370

11.4.1　实验目的370

11.4.3　实验设备376

11.4.4　实验任务376

11.5　CPU组成与机器指令执行实验377

11.5.1　实验目的377

11.5.2　实验电路377

11.5.3　实验设备378

11.5.4　实验任务378

11.6.1　实验目的379

11.6.2　实验电路379

11.6　中断原理实验379

11.6.3　实验设备380

11.6.4　实验任务380

小结381

第12章　课程设计382

12.1　常规硬布线控制器的设计与调试382

12.1.1　教学目的、任务与实验设备382

12.1.2　数据格式和指令系统383

12.1.3　总体设计383

12.1.4　硬布线控制器的设计特点383

12.1.5　组装与调试385

12.2.1　教学目的、任务与实验设备386

12.2　流水微程序控制器的设计与调试386

12.2.2　数据格式和指令系统387

12.2.3　设计要求387

12.2.4　总体设计387

12.2.5　流水微程序控制器388

12.3　流水硬布线控制器的设计与调试390

12.3.1　教学目的、任务与实验设备390

12.3.2　数据格式和指令系统390

12.3.3　设计要求391

12.3.4　总体设计、组装、调试391

小结391

附录　80X86/Pentium指令系统392

参考答案396

第1章396

第2章398

第3章399

第4章401

第5章402

第6章404

第7章407

第8章409

第9章411

参考文献414