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1　计算机系统概论1

1.1　计算机发展简史1

1.2　计算机组成和工作原理2

1.2.1　计算机的基本组成2

1.2.2　计算机的工作过程3

1.2.3　计算机的特点5

1.2.4　计算机的性能指标6

1.3　计算机分类及其应用8

1.3.1　计算机的分类8

1.3.2　计算机的应用9

1.4　计算机系统的组成10

1.4.1　计算机硬件系统10

1.4.2　计算机软件系统11

1.4.3　计算机系统的层次结构11

小结13

练习与思考13

2　数字逻辑基础14

2.1　三种基本逻辑操作及布尔代数的基本公式14

2.1.1　三种基本逻辑操作14

2.1.2　逻辑代数的运算法则14

2.2　逻辑电路15

2.3　触发器16

2.3.1　R-S触发器16

2.3.2　D触发器17

2.4　加法器18

2.5　寄存器18

2.5.1　基本寄存器19

2.5.2　移位寄存器19

2.6　计数器20

2.6.1　二进制计数器20

2.6.2　十进制计数器21

2.7　译码器及分配器22

2.7.1　译码器22

2.7.2　分配器23

小结24

练习与思考25

3　计算机数据表示26

3.1　进位计数制及其相互转换26

3.1.1　进位计数制26

3.1.2　二进制27

3.1.3　八进制与十六进制28

3.1.4　十进制与二进制的相互转换30

3.2　计算机数值数据的表示方法31

3.2.1　机器数和真值31

3.2.2　计算机符号数的表示方法32

3.2.3　机器数的定点与浮点表示37

3.3　二-十进制数字编码41

3.3.1　8421 BCD码41

3.3.2　其他带权BCD码42

3.3.3　几种4位无权码43

3.4　字符编码44

3.4.1 字符与字符串的表示方法44

3.4.2　计算机汉字信息表示方法—汉字编码46

3.5　数据校验码52

3.5.1　奇偶校验码52

3.5.2　海明校验码52

3.5.3　循环冗余校验码54

小结56

练习与思考57

4　运算方法和运算器59

4.1　定点加法、减法运算59

4.1.1　补码加法运算59

4.1.2　补码减法运算61

4.1.3　溢出概念与检测方法62

4.1.4　基本的二进制加法、减法器64

4.1.5　基本的十进制加法器66

4.2　定点乘法运算68

4.2.1　原码一位乘法68

4.2.2　补码一位乘法72

4.2.3　阵列乘法器77

4.3　定点除法运算78

4.3.1　原码一位除法78

4.3.2　补码一位除法82

4.3.3　阵列除法器84

4.4　逻辑运算87

4.4.1　逻辑非88

4.4.2　逻辑加88

4.4.3　逻辑乘89

4.4.4　逻辑异或89

4.5　定点运算器的组成和结构90

4.5.1 多功能算术-逻辑运算单元（ALU）90

4.5.2 内部总线92

4.5.3　运算器的基本结构93

4.5.4　运算器组成实例95

4.6　浮点算术运算方法和浮点运算器96

4.6.1　浮点加法和减法96

4.6.2　浮点乘法运算99

4.6.3　浮点除法运算99

4.6.4　浮点运算器100

小结101

练习与思考101

5　存储系统103

5.1　存储器概述103

5.1.1　主存储器处于全机中心地位103

5.1.2　存储器分类103

5.1.3　存储器的分级结构105

5.1.4　主存储器的技术指标106

5.2　随机读写存储器106

5.2.1　SRAM存储器107

5.2.2 DRAM存储器114

5.2.3　存储器的读写操作119

5.3　非易失性半导体存储器119

5.4　高速存储器121

5.4.1 多体交叉存储器121

5.4.2　双端口存储原理125

5.5 Cache存储器125

5.5.1 Cache基本原理125

5.5.2　主存与Cache的地址映射128

5.5.3　替换策略130

5.5.4 Cache的写操作策略131

5.6　虚拟存储器132

5.6.1　虚拟存储器的基本概念132

5.6.2　页式虚拟存储器135

5.6.3　段式虚拟存储器136

5.6.4　段页式虚拟存储器138

5.6.5　替换算法140

5.7　存储保护141

5.7.1　存储区域保护141

5.7.2　访问方式保护143

5.8　硬磁盘存储设备144

5.8.1　磁记录原理144

5.8.2　硬磁盘机的基本组成和分类147

5.8.3　硬磁盘驱动器和控制器148

5.8.4　磁盘上信息的分布150

5.8.5　磁盘存储器的技术指标151

5.9　软磁盘存储设备152

5.9.1　软磁盘存储器与硬磁盘存储器的异同152

5.9.2　软磁盘片153

5.9.3　软磁盘驱动器和控制器154

5.10　光盘存储设备155

5.10.1　光盘的分类155

5.10.2　光盘的读写原理157

5.10.3　光盘存储器的组成158

5.10.4 CD-ROM驱动器及其接口159

5.11　硬盘、软盘、磁带和光盘存储器的综合比较160

小结161

练习与思考163

6　指令系统165

6.1　指令系统的发展与性能要求165

6.1.1　指令系统的发展165

6.1.2　指令系统的性能要求166

6.1.3　计算机语言与硬件结构的关系167

6.2　指令格式167

6.2.1　操作码168

6.2.2　地址码168

6.2.3　指令字长度170

6.2.4　指令格式举例170

6.3　指令和数据的寻址方式171

6.3.1　指令的寻址方式171

6.3.2　操作数的寻址方式171

6.3.3　寻址方式举例174

6.4　指令系统175

6.4.1　指令的分类176

6.5　基本指令系统179

小结181

练习与思考181

7　中央处理器183

7.1 CPU的功能和组成183

7.1.1　CPU的功能183

7.1.2 CPU的基本组成184

7.1.3 CPU中的寄存器185

7.1.4　操作控制器与时序产生器186

7.2　指令周期187

7.2.1　指令周期的基本概念187

7.2.2 CLA的指令周期189

7.2.3 ADD指令周期191

7.2.4 STA指令的指令周期194

7.2.5 JMP指令的指令周期196

7.3　时序系统和控制方式198

7.3.1　时序系统198

7.3.2　控制器的控制方式198

7.4　硬布线控制器200

7.5　微程序控制器204

7.5.1　微程序控制的基本原理205

7.5.2　微指令和微操作206

7.5.3　微指令和微程序207

7.6　微程序设计208

7.6.1　微命令编码208

7.6.2　微地址的确定方法209

7.6.3　微指令的格式210

7.6.4　微程序举例213

7.7　流水CPU215

7.7.1　并行处理技术215

7.7.2　流水控制方式216

7.7.3　流水线分类217

7.8 CPU结构举例217

7.8.1 8086 CPU217

7.8.2 80486 CPU219

7.8.3 Pentium微处理器220

小结221

练习与思考222

8　总线系统225

8.1　假如没有总线225

8.2　总线的作用225

8.2.1　数据总线226

8.2.2　地址总线226

8.2.3　控制总线226

8.3　总线的标准化227

8.4　系统总线结构228

8.4.1　单总线结构229

8.4.2　双总线结构230

8.4.3 三总线结构230

8.5　总线的操作231

8.5.1　总线仲裁机构的操作231

8.5.2　总线对数据的传送233

小结234

练习与思考235

9　外围设备236

9.1　外围设备概述236

9.1.1　外围设备的一般功能236

9.1.2　外围设备的分类237

9.2　输入设备238

9.2.1　图形输入设备238

9.2.2　图像输入设备240

9.2.3　语音输入设备242

9.3　显示设备243

9.3.1　显示设备的分类与有关概念243

9.3.2　字符-图形显示244

9.3.3　图像显示设备247

9.3.4 IBM-PC系列机的显示系统248

9.4　打印设备250

小结254

练习与思考254

10　输入／输出实现256

10.1　接口的概念256

10.1.1 串行传送256

10.1.2　并行传送257

10.1.3　分时传送257

10.2　输入／输出的定时方式和信息交换方式258

10.2.1 输入／输出的定时方式258

10.2.2　输入／输出的信息交换方式259

10.3　程序中断方式260

10.3.1 中断源的确定261

10.3.2　中断的级别层次263

10.4　直接存储器存取（DMA）方式264

10.4.1　直接存储器存取的实现原理264

10.4.2　DMA的传送方式266

10.4.3　DMA控制器的组成268

10.4.4　DMA方式的应用270

10.5　通道控制方式271

10.5.1　通道的工作过程273

10.5.2　通道技术的发展274

10.6　并行输入／输出标准接口SCSI274

小结275

练习与思考276

11　计算机系统组织278

11.1　冯·诺依曼结构的计算机278

11.2　输入／输出结构279

11.2.1　直接内存访问结构282

11.3　存储器结构283

11.3.1 内存284

11.3.2　磁盘284

11.3.3　磁带286

11.4　存储体系286

11.4.1　高速缓冲287

11.5　双工系统287

11.6　阵列机和并行机组织288

11.7　网络结构289

11.8　量子计算机和分子计算机292

小结293

练习与思考293

参考文献295