计算机组成原理实用教程

第1章 计算机系统概论1

1.1 计算机的发展状况1

1.1.1 计算机的定义1

1.1.2 计算机的发展2

1.1.3 微处理器的发展3

1.2 计算机系统的组成4

1.2.1 计算机硬件系统5

1.2.2 PC系列微机的基本结构7

1.2.3 计算机软件系统8

1.3 计算机的应用10

1.4 计算机系统的层次结构11

1.4.1 计算机系统的层次结构11

1.4.2 本课程研究的主要内容12

1.5 计算机的主要性能指标12

习题113

第2章 计算机中信息的表示方法15

2.1 概述15

2.2 数据信息的机内表示方法16

2.2.1 数值数据在机内的表示16

2.2.2 进位计数制及相互转换16

2.2.3 数的符号表示20

2.2.4 数的小数点表示23

2.2.5 十进制数据的表示25

2.3 非数值数据的表示26

2.3.1 逻辑数据27

2.3.2 字符编码27

2.3.3 汉字编码28

2.3.4 图像（图形）的数字表示29

2.3.5 语言的计算机表示30

2.3.6 校验码30

习题231

第3章 运算方法和运算器34

3.1 定点数的加法、减法运算34

3.1.1 补码加减法所依据的关系34

3.1.2 补码加减法运算规则35

3.1.3 溢出的概念及检测方法36

3.2 二进制加法器37

3.2.1 半加器37

3.2.2 全加器38

3.2.3 加法器38

3.2.4 十进制加法器42

3.3 定点数的乘、除法运算42

3.3.1 移位操作42

3.3.2 原码一位乘法43

3.3.3 阵列乘法器46

3.3.4 定点除法运算47

3.4 逻辑运算51

3.4.1 逻辑与51

3.4.2 逻辑或51

3.4.3 逻辑异或51

3.4.4 逻辑非51

3.5 定点运算器的组成52

3.5.1 定点运算器的基本结构52

3.5.2 集成多功能算术/逻辑运算器53

3.6 浮点数运算54

3.6.1 浮点数的加、减法运算54

3.6.2 浮点数的乘、除法运算56

习题357

第4章 存储器系统59

4.1 存储器概述59

4.1.1 基本概念59

4.1.2 存储器分类59

4.1.3 存储器的性能指标61

4.2 半导体存储器62

4.2.1 半导体存储器概述62

4.2.2 RAM存储原理65

4.2.3 半导体 RAM芯片67

4.2.4 半导体只读存储器ROM的工作原理70

4.3 存储器的组织72

4.4 辅助存储器75

4.4.1 磁表面存储器75

4.4.2 硬磁盘存储器79

4.4.3 光盘存储器83

4.5 存储体系的概述85

4.6 高速缓冲存储器工作原理简介87

4.6.1 高速缓冲存储器的引入87

4.6.2 cache工作原理88

4.6.3 主存-cache地址变换的地址映像89

4.6.4 替换算法90

4.6.5 主存-cache内容的一致性问题91

4.6.6 cache结构举例91

4.7 虚拟存储器概念92

4.8 存储器的校验方法93

习题493

第5章 指令系统97

5.1 概述97

5.2 机器指令99

5.2.1 机器指令格式99

5.2.2 操作数类型和存储方式101

5.2.3 指令类型102

5.2.4 指令助记符103

5.3 寻址方式104

5.3.1 指令的寻址方式104

5.3.2 操作数的寻址方式104

5.4 RISC技术107

5.4.1 复杂指令CISC计算机107

5.4.2 RISC技术的产生107

5.5 MMX技术108

习题5109

第6章 中央处理机的组织111

6.1 CPU的功能111

6.2 CPU的基本组成112

6.2.1 运算部件112

6.2.2 寄存器设置112

6.2.3 时序部件113

6.2.4 控制单元CU116

6.3 指令的执行过程117

6.3.1 模型计算机的总体结构118

6.3.2 模型机的指令系统120

6.3.3 时序系统121

6.3.4 指令执行流程122

6.3.5 指令的微操作序列125

6.4 组合逻辑控制器的设计129

6.5 微程序控制器的设计131

6.5.1 微程序控制的基本原理131

6.5.2 微程序设计技术136

6.6 CPU性能设计139

习题6142

第7章 总线及总线互连结构145

7.1 总线的基本概念146

7.1.1 总线的特性146

7.1.2 总线的类型147

7.1.3 系统总线的组成147

7.1.4 总线的数据传输方式148

7.2 总线的设计要素149

7.2.1 信号线类型150

7.2.2 仲裁方法150

7.2.3 定时方式153

7.2.4 总线事务类型156

7.2.5 总线带宽156

7.3 总线接口单元156

7.4 总线性能指标157

7.5 总线标准及发展过程157

7.6 总线结构165

7.6.1 总线结构的物理实现165

7.6.2 总线结构165

7.6.3 多总线分级结构举例168

习题7171

第8章 输入输出设备174

8.1 输入输出设备的分类与特点174

8.1.1 外设的分类174

8.1.2 外设特点175

8.2 输入设备176

8.2.1 键盘176

8.2.2 鼠标器177

8.2.3 触摸屏179

8.3 输出设备180

8.3.1 打印机180

8.3.2 显示设备186

习题8192

第9章 输入输出系统194

9.1 I/O接口194

9.1.1 I/O接口的功能194

9.1.2 I/O接口的基本组成195

9.1.3 接口的分类196

9.2 I/O设备的寻址198

9.3 I/O数据传输控制方式200

9.4 程序直接控制的数据传输方式201

9.5 程序中断控制数据传输202

9.5.1 中断的基本概念202

9.5.2 中断结构205

9.5.3 中断响应及响应的条件208

9.5.4 向量中断209

9.5.5 中断服务处理210

9.6 DMA直接存储器访问211

9.6.1 直接存储器访问DMA211

9.6.2 DMA的特点212

9.6.3 DMA三种工作方式212

9.6.4 DMA控制器的组成213

9.6.5 DMA操作过程214

9.7 通道和I/O处理器方式216

9.7.1 通道的基本概念216

9.7.2 输入输出处理机217

9.8 常用标准接口举例218

习题9222

参考文献225

全书共9章，第1章主要介绍计算机系统组成，计算机的发展历史及计算机的应用；第2章主要讲解信息的数字化表示，重点讨论数值数据的原码、补码和反码表示方法，非数值数据的表示方法；第3章介绍运算器的作用及实现，重点讨论定点数的加法器、乘法器、除法器的设计方法；第4章介绍存储器工作原理与存储器体系结构，重点讨论半导体存储器的工作原理和磁存储器的工作原理，存储器体系结构及解决的问题；第5章介绍计算机指令系统，重点讨论指令结构及寻址方式；第6章介绍CPU的组成和作用，重点介绍组合逻辑控制器和微程序控制器的实现；第7章介绍总线及总线互连结构；第8章介绍常用外部设备的作用与工作原理；第9章介绍输入输出系统，重点讨论中断与DMA工作方式。本书选材适当、内容丰富、层次分明、条理清晰、实用性强，为了帮助读者巩固学习内容，每章都配有大量习题。本书适合作为普通高等院校计算机应用专业的教材。

是针对普通院校计算机应用类专业的学生编写的。在第1版成功的基础上，结合计算机组成原理的教学改革需要以及计算机技术的发展编写了第2版。
•全书选材适当.内容完整，层次分明.条理清晰。教材中详细介绍了计算机系统的组成：计算机的一般工作过程；五大功能部件的作用和工作原理。在内容的组织上采用从整体（发明计算机的目的是什么，作为一个自动、连续、高速、准确的电子计算工具应该包括哪些功能部件）到局部（每一个功能部件的作用是什么，如何实现）再到整体（这些功能部件如何组合在一起构成一台完整的计算机系统，如何提高计算机整体性能指标等）的思路。
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