目录

第1章计算机系统概论/1

1.1计算机及其发展与应用1

1.1.1计算机及其功能特点1

1.1.2计算机发展的历史2

1.1.3未来计算机的发展6

1.1.4计算机应用7

1.2计算机的结构原理9

1.2.1计算机的工作原理9

1.2.2冯·诺依曼计算机体系结构12

1.2.3计算机功能部件简介15

1.3计算机组成实现与性能分类17

1.3.1计算机组成与计算机实现17

1.3.2计算机组成层次与互连17

1.3.3计算机的主要性能指标18

1.3.4计算机的分类19

1.4计算机系统及其软件21

1.4.1计算机系统及其软硬件等效性21

1.4.2计算机软件的分类22

1.4.3计算机系统的层次性23

复习题24

练习题25

第2章计算机组成设计实现基础/26

2.1数据表示与指令系统概述26

2.1.1数据表示与二进制编码26

2.1.2非数值数据编码27

2.1.3线性结构数据表示33

2.1.4指令系统及其发展34

2.2数值数据表示36

2.2.1数值数据表示的相关概念37〖1〗计算机组成原理目录[3]〖3〗

2.2.2数值数据的表示格式39

2.2.3定点数的编码及其数值范围41

2.2.4定点机器数的比较与转换47

2.2.5定点机器数符号扩展50

2.2.6浮点数的编码与数值范围50

2.3数据校验的编译码与实现54

2.3.1数据校验及其基本思想55

2.3.2奇偶校验码56

2.3.3海明校验码59

2.3.4循环冗余校验码63

2.4指令格式与指令功能分类69

2.4.1指令格式及其结构类型69

2.4.2指令系统的设计要求与功能分类74

2.4.3数据传输指令76

2.4.4运算操作指令78

2.4.5程序控制指令79

2.5寻址方式与堆栈81

2.5.1寻址方式及其分类81

2.5.2指令寻址方式82

2.5.3操作数寻址方式83

2.5.4堆栈及其寻址实现89

复习题94

练习题96

第3章系统总线及其I/O接口/100

3.1总线的基本概念100

3.1.1总线及其电路100

3.1.2总线的分类101

3.1.3总线的特性与性能指标103

3.1.4总线事务与数据传送方式104

3.2系统总线特性与连接结构106

3.2.1数据交换过程与传输线分类106

3.2.2总线通信的定时方式107

3.2.3串行传送的通信方式111

3.2.4总线仲裁及其仲裁方法112

3.2.5单机系统的连接方式117

3.3系统总线I/O接口120

3.3.1I/O接口及其分类120

3.3.2I/O接口的功能与结构模型121

3.3.3串行接口123

3.3.4并行接口126

3.4实用标准总线及其I/O接口128

3.4.1实用标准总线的发展历程128

3.4.2主流实用总线标准简介131

3.4.3典型实用接口标准简介135

复习题141

练习题142

第4章运算器及其设计实现/143

4.1二进制基本加法器及其进位逻辑143

4.1.1二进制基本加法器与串行加法器143

4.1.2并行加法器及其串行进位145

4.1.3先行进位及其层级分时147

4.2定点数加减运算及其逻辑实现154

4.2.1补码加减的运算方法154

4.2.2补码加减运算上溢判断方法158

4.2.3补码加减运算的逻辑实现163

4.2.4移码加减运算及其逻辑实现164

4.2.5十进制加运算及其逻辑实现167

4.3定点数乘运算及其逻辑实现170

4.3.1乘法器种类与手工运算的改进170

4.3.2有符号数的移位与舍入规则172

4.3.3原码一位乘法及其逻辑实现173

4.3.4补码一位乘法及其逻辑实现177

4.3.5两位乘运算方法180

4.3.6阵列乘法器185

4.4定点数除运算及其逻辑实现188

4.4.1除法器种类与手工运算的改进188

4.4.2原码除法及其逻辑实现190

4.4.3补码除法及其逻辑实现193

4.4.4阵列除法器199

4.5浮点数算术运算方法与逻辑运算实现201

4.5.1浮点数加减运算方法201

4.5.2浮点数乘除运算方法204

4.5.3逻辑运算及其实现207

4.6运算器组成及其组织结构208

4.6.1算术逻辑运算单元与部件209

4.6.2SN74181 ALU集成电路芯片211

4.6.3定点运算器组成及其组织结构213

4.6.4浮点运算器组成结构215

复习题216

练习题218

第5章主存储器及其组织实现/221

5.1存储器与存储系统的概述221

5.1.1存储器的访问与性能221

5.1.2存储器的分类及其结构222

5.1.3存储系统及其组织结构224

5.1.4二级结构存储系统及其比较228

5.1.5半导体存储器芯片的一般结构229

5.2MOS写常态存储器芯片233

5.2.1静态存储器芯片的结构原理233

5.2.2动态存储器芯片的结构原理236

5.2.3静态存储器芯片的读写周期241

5.2.4动态MOS存储器的刷新245

5.2.5动态MOS存储器的新技术249

5.3只读与混合MOS存储器芯片251

5.3.1只读MOS存储器芯片的结构原理251

5.3.2混合MOS存储器芯片的结构原理254

5.3.3半导体存储器芯片的特性与引脚255

5.4主存储器及其容量扩展组织257

5.4.1主机及其存储器的组成结构257

5.4.2主存储器的数据存放方法259

5.4.3主存储器模块的组织262

5.4.4主存储器实现及其与CPU的连接269

5.5主存储器带宽扩展组织279

5.5.1主存储器性能提高的技术途径279

5.5.2双端口存储器280

5.5.3单体多字存储器282

5.5.4多体多字存储器283

复习题288

练习题290

第6章控制器及其设计实现/293

6.1控制器功能结构与实现方法293

6.1.1中央处理器的功能与结构293

6.1.2中央处理器中的寄存器295

6.1.3中央处理器的主要性能指标298

6.1.4控制器的功能与结构299

6.1.5控制信号序列发生器的实现方法302

6.2指令处理的数据通路、微操作与微命令304

6.2.1指令处理流程及其状态转换304

6.2.2指令处理的数据通路及其微操作306

6.2.3模型机及其微命令309

6.3时序信号体系及其控制实现315

6.3.1指令周期及其时段划分315

6.3.2控制器时序控制317

6.3.3CPU内部时序信号体系319

6.3.4时序信号产生器322

6.4微程序设计技术326

6.4.1微指令及其基本格式327

6.4.2微程序及其与指令、微指令的关系329

6.4.3微命令的编码方法331

6.4.4微指令格式的类型334

6.4.5微程序运行的控制方法336

6.4.6微程序设计341

6.5硬布线控制器与微程序控制器346

6.5.1硬布线控制器346

6.5.2微程序控制器348

6.5.3微程序控制器与硬布线控制器的比较350

6.6控制信号序列发生器设计351

6.6.1模型机指令及其控制信号序列351

6.6.2组合逻辑控制信号序列发生器设计355

6.6.3存储逻辑控制信号序列发生器设计359

复习题364

练习题365

第7章输入输出系统及其操作控制/371

7.1输入输出系统概述371

7.1.1外围设备的分类与特性371

7.1.2输入输出系统及其结构功能373

7.1.3输入输出的过程与指令374

7.1.4输入输出控制的发展历程374

7.1.5输入输出系统的工作方式376

7.2中断及其实现的结构原理378

7.2.1中断与中断源378

7.2.2中断请求381

7.2.3中断响应383

7.2.4中断服务返回与中断过程结构388

7.3输入输出操作的控制方式391

7.3.1程序查询控制方式392

7.3.2程序中断控制方式395

7.3.3直接存储访问控制方式398

7.3.4通道控制方式404

7.4输入设备407

7.4.1键盘407

7.4.2扫描仪411

7.4.3数码相机412

7.4.4其他输入设备415

7.5输出设备417

7.5.1打印机417

7.5.2显示器421

7.6存储设备429

7.6.1磁表面存储器429

7.6.2硬磁盘存储器432

7.6.3冗余磁盘阵列435

7.6.4光盘存储器441

复习题444

练习题446

第8章并行处理及其实现体系结构/450

8.1并行处理及其体系结构概论450

8.1.1并行性与并行处理450

8.1.2并行处理体系结构的由来452

8.1.3现代计算机体系结构特点与分类455

8.1.4并行计算机及其形成过程456

8.2流水线处理机457

8.2.1流水线的基本概念457

8.2.2先行控制及其实现结构461

8.2.3流水线处理机的分类463

8.2.4基于硬件指令高度并行技术464

8.2.5基于软件指令高度并行技术468

8.2.6向量高度并行处理技术470

8.3阵列处理机473

8.3.1操作模型与处理单元结构473

8.3.2阵列处理机的体系结构475

8.3.3阵列处理机的特点与算法475

8.4多处理机478

8.4.1多处理机的提出及其组织形式478

8.4.2多处理机存储器的组织模型479

8.4.3多处理机的通信与访存模型482

8.4.4多处理机的分类与特点483

8.4.5多处理机操作系统的类型486

8.5多核处理器与多线程技术487

8.5.1多核与多核处理器487

8.5.2多核处理器产生的缘由489

8.5.3多线程与超线程490

8.5.4多核多线程492

复习题493

练习题494

参考文献/496