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第1章 计算机的逻辑部件1

本章主要教学内容1

1.1 三种基本逻辑操作及布尔代数的基本公式1

1.2 逻辑函数的化简2

1.2.1 代数化简法2

1.2.2 卡诺图化简法2

1.3 逻辑门的实现4

1.4 计算机中常用的组合逻辑电路5

1.4.1 加法器5

1.4.2 算术逻辑单元7

1.4.3 译码器11

1.4.4 数据选择器11

1.5 时序逻辑电路12

1.5.1 触发器12

1.5.2 寄存器和移位寄存器16

1.5.3 计数器18

1.6 阵列逻辑电路20

1.6.1 只读存储器(ROM)20

1.6.2 可编程序逻辑阵列(PLA)21

1.6.3 可编程序阵列逻辑(PAL)27

1.6.4 通用阵列逻辑(GAL)27

1.6.5 门阵列(GA)、宏单元阵列(MCA)和标准单元阵列(SCA)31

1.6.6 可编程序门阵列(PGA)39

习题44

第2章 数据表示、运算和运算器部件47

本章主要教学内容47

2.1 数字化信息编码的概念和二进制编码知识47

2.1.1 数字化信息编码的概念47

2.1.2 二进制编码和码制转换48

2.1.3 检错纠错码54

2.2.2 字符数据的表示63

2.2.1 逻辑数据的表示63

2.2 数据表示——常用的信息编码63

2.2.3 数值型数据的表示65

2.3 二进制数值数据的编码与运算算法72

2.3.1 原码、反码、补码的定义72

2.3.2 补码加、减运算规则77

2.3.3 原码一位乘法的实现算法78

2.3.4 定点补码一位乘法的实现算法81

2.3.5 原码一位除法的实现算法83

2.3.6 定点补码一位除法的实现算法87

2.3.7 加速乘除法运算的有关算法介绍88

2.4 运算器部件的组成与设计93

2.4.1 运算器部件的功能与组成概述93

2.4.2 位片结构的运算器芯片Am290194

2.4.3 教学计算机运算器的设计与实现99

2.4.4 教学计算机的运算器使用实例109

2.5.1 浮点数的运算规则115

2.5 浮点运算与浮点运算器115

2.5.2 浮点运算器举例122

2.6 提高运算器部件处理能力的可行途径128

2.6.1 计算机性能的演变和并行性发展概述128

2.6.2 提高计算机运算器处理能力的可行途径129

习题130

第3章 指令、指令系统和控制器部件133

本章主要教学内容133

3.1 指令和指令系统概述134

3.2 寻址方式139

3.2.1 寻址方式概述139

3.2.2 寻址方式举例141

3.3 指令系统举例143

3.3.1 TEC-2000 16位教学计算机的指令系统144

3.3.2 PDP-11计算机指令系统介绍155

3.3.3 NOVA(DJS-130)计算机指令系统介绍159

3.4.1 控制器部件的功能和组成概述161

3.4 控制器的功能、组成与指令执行步骤161

3.4.2 指令的执行步骤概述162

3.5 微程序控制器部件166

3.5.1 微程序控制器的基本工作原理166

3.5.2 TEC-2000 16位机微程序控制器的实际组成、设计与实现170

3.5.3 TEC-2000教学计算机微程序控制器的教学实验189

3.6 组合逻辑的控制器部件191

3.6.1 组合逻辑控制器的组成和运行原理简介191

3.6.2 16位机的组合逻辑控制器的组成、设计与实现193

3.6.3 组合逻辑的控制器教学实验227

3.7 提高指令执行速度的可行途径228

3.7.1 指令流水的基本概念和实现思路228

3.7.2 RISC计算机中的指令系统和指令流水线实例229

3.7.3 RISC计算机中的通用寄存器组织和编译程序简介232

3.8.1 TEC-2教学计算机指令系统介绍233

3.8 TEC-2教学计算机的微程序的控制器部件233

3.8.2 TEC-2教学计算机微程序控制器的设计与实现243

3.8.3 自行设计新指令的微程序264

3.8.4 在TEC-2000机系统中实现软件兼容的TEC-2机系统269

习题270

第4章 存储器系统272

本章主要教学内容272

4.1 存储器系统综述272

4.1.1 存储器分类273

4.1.2 存储器系统设计目标和解决思路274

4.2 主存储器276

4.2.1 主存储器概述276

4.2.2 动态存储器的记忆原理和读写过程278

4.2.3 静态存储器的存储原理和芯片内部结构280

4.2.4 主存储器实现与应用中的几项技术282

4.2.5 TEC-2000教学计算机主存储器的组成与设计283

4.3.1 外存储设备概述289

4.3 外存储器289

4.3.2 磁盘设备和磁盘阵列技术292

4.3.3 光盘设备与技术300

4.4 高速缓冲存储器307

4.4.1 层次存储器系统的运行原理和必须遵守的原则307

4.4.2 高速缓冲存储器(cache)309

4.4.3 Pentium机的cache管理318

4.5.1 虚拟存储器概念321

4.5 虚拟存储器321

4.5.2 段式虚拟存储器322

4.5.3 页式虚拟存储器系统323

4.5.4 Pentium机的存储器管理325

4.6 提高存储器系统性能的可行途径328

4.6.1 本章内容小结328

4.6.2 提高存储器系统性能的可行途径329

习题331

本章主要教学内容333

第5章 输入输出设备与输入输出系统333

5.1 输入输出设备334

5.1.1 输入输出设备概述334

5.1.2 点阵式设备运行原理334

5.1.3 显示器设备的组成与运行原理336

5.1.4 打印机设备的组成与运行原理343

5.1.5 计算机键盘运行原理347

5.2 输入输出系统349

5.2.1 输入输出系统概述349

5.2.2 计算机总线350

5.2.3 输入输出接口概述356

5.2.4 串行接口的内部组成与传送协议358

5.2.5 并行接口芯片与并行输入输出操作364

5.2.6 常用的输入输出方式366

5.3 提高数据输入输出能力和可靠性的可行途径374

习题375

参考文献377