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第1章 计算机系统概述1

1.1计算机系统的基本组成及其层次结构1

1.2计算机硬件的5个功能部件及其功能4

1.3计算机系统主要的技术与性能指标7

1.4计算机的体系结构、组成和实现概述9

1.5计算机发展进步、分类和拓展应用的进程12

本章内容小结和学习方法建议15

习题与思考题15

第2章 数字电路基础和常用器件17

2.1数字电路的基本元件17

2.1.1晶体二极管与三极管17

2.1.2应用案例19

2.2数字电路基础及其相关处理方法20

2.2.1 3种基本逻辑关系20

2.2.2逻辑函数及其描述方法23

2.2.3逻辑函数的特性、规则与应用24

2.3组合逻辑电路及时序逻辑电路25

2.3.1常用逻辑门器件26

2.3.2时序逻辑电路29

2.3.3存储器芯片简介31

2.3.4几个专用功能器件和存储器芯片的引脚图32

2.4现场可编程逻辑器件及其应用34

2.4.1现场可编程器件概述34

2.4.2 CPLD和FPGA的编程与应用37

本章内容小结和学习方法建议37

习题与思考题37

第3章 数据表示、运算算法和线路实现39

3.1数字化信息编码的概念和二进制编码知识39

3.1.1数字化信息编码的概念39

3.1.2二进制编码和码制转换40

3.1.3检错纠错码45

3.2数据表示50

3.2.1逻辑类型数据的表示50

3.2.2字符类型数据的表示50

3.2.3多媒体信息编码53

3.2.4数值类型数据的表示55

3.3二进制数值数据的编码方案与运算算法60

3.3.1原码、反码、补码的定义60

3.3.2补码加、减运算规则和电路实现65

3.3.3原码一位乘法、除法的实现方案66

3.3.4实现乘法、除法的其他方案71

本章内容小结和学习方法建议76

习题与思考题77

第4章 运算器部件79

4.1算术逻辑运算单元的功能设计与线路实现79

4.2定点运算器81

4.2.1定点运算器部件的功能、组成与控制概述81

4.2.2设计实现一个简单的原理性8位运算器模型82

4.2.3运算器芯片Am2901实例与使用86

4.2.4 MIPS多指令周期CPU系统的运算器的组成及其功能90

4.3浮点运算和浮点运算器92

4.3.1浮点数的运算规则92

4.3.2浮点运算器举例96

本章内容小结和学习方法建议98

习题与思考题99

第5章 指令系统和汇编语言程序设计102

5.1指令格式和指令系统概述102

5.1.1指令的定义和指令格式102

5.1.2操作码的组织与编码103

5.1.3有关操作数的类型、个数、来源、去向和地址安排104

5.1.4指令的分类105

5.1.5指令周期及其对计算机性能和硬件结构的影响106

5.2基本寻址方式概述108

5.3指令系统举例111

5.3.1 Pentium Ⅱ计算机的指令系统111

5.3.2 MIPS32计算机的指令系统113

5.3.3 PDP-11计算机的指令系统114

5.3.4教学计算机的指令系统116

5.4教学计算机的汇编语言程序设计120

5.4.1汇编语言及其程序设计中的有关概念120

5.4.2教学计算机的汇编程序设计举例121

本章内容小结和学习方法建议127

习题与思考题127

第6章 控制器部件130

6.1控制器的功能与组成概述130

6.2硬布线控制器132

6.2.1硬布线控制器的组成和运行原理简介132

6.2.2 MIPS32计算机的控制器简介133

6.2.3 TEC_XP_Ⅱ教学计算机的硬布线控制器的设计与实现139

6.3微程序控制器部件149

6.3.1微程序控制器的基本组成和运行原理150

6.3.2微程序设计中的下地址形成逻辑和微程序设计152

6.3.3 TEC-XP-Ⅱ教学计算机的微程序控制器的设计与实现155

本章内容小结和学习方法建议161

习题与思考题162

第7章 多级结构存储器系统和主存储器166

7.1存储器系统概述166

7.1.1存储器分类166

7.1.2存储器系统目标167

7.1.3多级结构存储器系统169

7.2主存储器170

7.2.1主存储器概述170

7.2.2动态存储器的存储原理172

7.2.3静态存储器的存储原理173

7.2.4存储器容量扩展174

7.3教学计算机的主存储器实例176

7.4提高主存储器性能的途径179

本章内容小结和学习方法建议181

习题与思考题181

第8章 高速缓冲存储器和虚拟存储器183

8.1高速缓冲存储器183

8.1.1 Cache的运行原理183

8.1.2 Cache的3种映像方式185

8.1.3 Cache实用中的问题187

8.2虚拟存储器190

8.2.1虚拟存储器的概念介绍190

8.2.2段式存储管理190

8.2.3页式存储管理191

本章内容小结和学习方法建议193

习题与思考题193

第9章 外部存储器设备196

9.1外存设备概述196

9.1.1主要技术指标196

9.1.2磁记录原理与记录方式197

9.2磁盘设备199

9.2.1磁记录介质199

9.2.2磁盘驱动器200

9.2.3磁盘控制器201

9.3磁盘阵列202

9.4光盘设备205

9.4.1只读光盘205

9.4.2可刻光盘206

9.4.3可擦写光盘208

9.4.4 DVD208

9.4.5 Blu-Ray209

本章内容小结和学习方法建议209

习题与思考题209

第10章 输入输出设备210

10.1输入输出设备概述210

10.2常用的输入设备211

10.3常用的输出设备212

10.3.1点阵式输出设备基本原理212

10.3.2显示器的组成和运行原理214

10.3.3打印机的组成和运行原理217

10.3.4计算机终端221

本章内容小结和学习方法建议221

习题与思考题222

第11章 输入输出系统223

11.1计算机输入输出系统概述223

11.2计算机总线224

11.2.1总线概述224

11.2.2总线结构226

11.2.3总线宽度227

11.2.4总线时钟228

11.2.5总线仲裁230

11.2.6总线举例232

11.3输入输出接口238

11.3.1输入输出接口的功能238

11.3.2通用可编程接口组成239

11.3.3输入输出接口举例239

11.4输入输出方式242

11.4.1程序直接控制方式242

11.4.2程序中断传送方式243

11.4.3直接存储器访问方式245

11.4.4 I/O通道控制方式247

11.4.5外围处理机方式247

本章内容小结和学习方法建议247

习题与思考题248

第12章 流水线技术250

12.1流水线的基本概念250

12.1.1流水线的概念250

12.1.2流水线的表示方法252

12.1.3流水线的特点253

12.1.4流水线的分类方法254

12.2流水线的性能指标257

12.2.1流水线的吞吐率257

12.2.2流水线的加速比260

12.2.3流水线的效率260

12.2.4流水线的最佳段数261

12.3 DLX指令集与DLX流水线261

12.3.1 DLX指令集结构介绍261

12.3.2 DLX的一种简单实现266

12.3.3 DLX流水线的实现原理268

12.4流水线中的相关问题271

12.4.1结构相关271

12.4.2数据相关273

12.4.3控制相关279

12.5指令级并行技术284

12.5.1基本概念284

12.5.2多指令发射技术284

本章内容小结和学习方法建议287

习题与思考题288

第13章 并行计算机体系结构289

13.1计算机体系结构概述289

13.1.1计算机体系结构的发展289

13.1.2计算机体系结构的分类290

13.1.3并行计算机体系结构分类292

13.2并行计算机系统的设计问题293

13.2.1并行计算机系统的互联网络293

13.2.2并行计算机系统的性能问题298

13.2.3并行计算机系统的软件问题300

13.3 SIMD计算机简介301

13.3.1阵列处理机301

13.3.2向量处理机302

13.4共享内存的多处理机系统304

13.4.1一致性内存访问的UMA多处理机系统305

13.4.2非一致性内存访问的NUMA多处理机系统310

13.4.3基于Cache内存访问的COMA多处理机系统312

13.5基于消息传递的多计算机系统312

13.5.1大规模并行处理机314

13.5.2工作站集群315

本章内容小结和学习方法建议315

习题与思考题316

参考文献317