計算機組成原理

為了緊跟國際上計算機技術的新發展，本書對第1版各章節的內容進行了補充和修改，並增加了例題分析，以加深對各知識點的理解和掌握。本書通過對一台實際計算機的剖析，使讀者更深入地理解匯流排是如何將計算機各大部件互連成整機的。

全書共分為4篇，第1篇(第1、2章)介紹計算機的基本組成、發展及應用；第2篇(第3～5章)介紹系統匯流排、存儲器(包括主存儲器、高速緩衝存儲器和輔助存儲器)和輸入輸出系統；第3篇(第6～8章)介紹CPU的特性、結構和功能，包括計算機的算術邏輯單元、指令系統、指令流水、RISC技術及中斷系統；第4篇(第9、10章)介紹控制單元的功能和設計，包括時序系統以及採用組合邏輯和微程序設計控制單元的設計思想與實現措施。每章后均附有思考題與習題。

本書概念清楚，通俗易懂，書中舉例力求與當代計算機技術相結合，可作為高等學校計算機專業教材，也可作為其他科技人員的參考書。

唐朔飛，哈爾濱工業大學計算機科學與技術學院教授。2003年被評為首屆黑龍江省和哈爾濱工業大學教學名師。2006年獲第二屆國家教學名師獎。長期從事計算機科學與技術的教學和研究工作。從教43年來，給計算機專業27屆4600餘名學生講授“計算機組成原理”課程。自1986年獲哈爾濱工業大學首屆教學一等獎后，又獲得各級各類教學獎勵20多次，1997年獲第二屆全國普通高等學校優秀計算機輔助教學軟體二等獎和全國高等學校工科優秀CAI軟體一等獎。2000年獲黑龍江省教學成果一等獎。獨立編著教材五本，其中《電子數字計算機原理》1989年獲“黑龍江省普通高等學校優秀教材二等獎”，面向21世紀課程教材《計算機組成原理》2002年獲教育部“全國普通高等學校優秀教材二等獎”，以該教材為核心的“計算機組成原理”課程2005年被評為國家精品課程。主要研究領域為計算機體系結構、并行處理。先後主持完成了國家863項目、航天基金項目。博士點基金項目各1項，參加並完成省部級科研項目10多項，在研國家自然科學基金項目，1990年以來發表論文50多篇。

第1篇 概論

第1章 計算機系統概論

1.1 計算機系統簡介

1.1.1 計算機的軟硬體概念

1.1.2 計算機系統的層次結構

1.1.3 計算機組成和計算機體系結構

1.2 計算機的基本組成

1.2.1 馮·諾依曼計算機的特點

1.2.2 計算機的硬體框圖

1.2.3 計算機的工作步驟

1.3 計算機硬體的主要技術指標

1.3.1 機器字長

1.3.2 存儲容量

1.3.3 運算速度

1.4 本書結構

思考題與習題

第2章 計算機的發展及應用

2.1 計算機的發展史

2.1.1 計算機的產生和發展

2.1.2 微型計算機的出現和發展

2.1.3 軟體技術的興起和發展

2.2 計算機的應用

2.2.1 科學計算和數據處理

2.2.2 工業控制和實時控制

2.2.3 網路技術的應用

2.2.4 虛擬現實

2.2.5 辦公自動化和管理信息系統

2.2.6 CAD/CAM/CIMS

2.2.7 多媒體技術

2.2.8 人工智慧

2.3 計算機的展望

思考題與習題

第2篇 計算機系統的硬體結構

第3章 系統匯流排

3.1 匯流排的基本概念

3.2 匯流排的分類

3.2.1 片內匯流排

3.2.2 系統匯流排

3.2.3 通信匯流排

3.3 匯流排特性及性能指標

3.3.1 匯流排特性

3.3.2 匯流排性能指標

3.3.3 匯流排標準

3.4 匯流排結構

3.4.1 單匯流排結構

3.4.2 多匯流排結構

3.4.3 匯流排結構舉例

3.5 匯流排控制

3.5.1 匯流排判優控制

3.5.2 匯流排通信控制

思考題與習題

第4章 存儲器

4.1 概述

4.1.1 存儲器分類

4.1.2 存儲器的層次結構

4.2 主存儲器

4.2.1 概述

4.2.2 半導體存儲晶元簡介

4.2.3 隨機存取存儲器

4.2.4 只讀存儲器

4.2.5 存儲器與CPU的連接

4.2.6 存儲器的校驗

4.2.7 提高訪存速度的措施

4.3 高速緩衝存儲器

4.3.1 概述

4.3.2 Cache—主存地址映射

4.3.3 替換策略

4.4 輔助存儲器

4.4.1 概述

4.4.2 磁記錄原理和記錄方式

4.4.3 硬磁碟存儲器

4.4.4 軟磁碟存儲器

4.4.5 磁帶存儲器

4.4.6 循環冗餘校驗碼

4.4.7 光碟存儲器

思考題與習題

附錄4A 相聯存儲器

第5章 輸入輸出系統

5.1 概述

5.1.1 輸入輸出系統的發展概況

5.1.2 輸入輸出系統的組成

5.1.3 I/O設備與主機的聯繫方式

5.1.4 I/O設備與主機信息傳送的控制方式

5.2 I/O設備

5.2.1 概述

5.2.2 輸入設備

5.2.3 輸出設備

5.2.4 其他I/O設備

5.2.5 多媒體技術

5.3 I/O介面

5.3.1 概述

5.3.2 介面的功能和組成

5.3.3 介面類型

5.4 程序查詢方式

5.4.1 程序查詢流程

5.4.2 程序查詢方式的介面電路

5.5 程序中斷方式

5.5.1 中斷的概念

5.5.2 I/O中斷的產生

5.5.3 程序中斷方式的介面電路

5.5.4 I/O中斷處理過程

5.5.5 中斷服務程序的流程

5.6 DMA方式

5.6.1 DMA方式的特點

5.6.2 DMA介面的功能和組成

5.6.3 DMA的工作過程

5.6.4 DMA介面的類型

思考題與習題

附錄5A ASCⅡ碼

附錄5B BCD碼

附錄5C 奇偶校檢碼

第3篇 中央處理器

第6章 計算機的運算方法

6.1 無符號數和有符號數

6.1.1 無符號數

6.1.2 有符號數

6.2 數的定點表示和浮點表示

6.2.1 定點表示

6.2.2 浮點表示

6.2.3 定點數和浮點數的比較

6.2.4 舉例

6.2.5 IEEE754標準

6.3 定點運算

6.3.1 移位運算

6.3.2 加法與減法運算

6.3.3 乘法運算

6.3.4 除法運算

6.4 浮點四則運算

6.4.1 浮點加減運算

6.4.2 浮點乘除法運算

6.4.3 浮點運算所需的硬體配置

6.5 算術邏輯單元

6.5.1 ALU電路

6.5.2 快速進位鏈

思考題與習題

附錄6A 各種進位制

6A.1 各種進位制的對應關係

6A.2 各種進位制的轉換

附錄6B 陣列乘法器和陣列除法器

附錄6C 74181邏輯電路

第7章 指令系統

7.1 機器指令

7.1.1 指令的一般格式

7.1.2 指令字長

7.2 操作數類型和操作類型

7.2.1 操作數類型

7.2.2 數據在存儲器中的存放方式

7.2.3 操作類型

7.3 定址方式

7.3.1 指令定址

7.3.2 數據定址

7.4 指令格式舉例

7.4.1 設計指令格式應考慮的各種因素

7.4.2 指令格式舉例

7.4.3 指令格式設計舉例

7.5 RISC技術

7.5.1 RISC的產生和發展

7.5.2 RISC的主要特徵

7.5.3 RISC和CISC的比較

思考題與習題

第8章 CPU的結構和功能

8.1 CPU的結構

8.1.1 CPU的功能

8.1.2 CPU結構框圖

8.1.3 CPU的寄存器

8.1.4 控制單元和中斷系統

8.2 指令周期

8.2.1 指令周期的基本概念

8.2.2 指令周期的數據流

8.3 指令流水

8.3.1 指令流水原理

8.3.2 影響流水線性能的因素

8.3.3 流水線性能

8.3.4 流水線中的多發技術

8.3.5 流水線結構

8.4 中斷系統

8.4.1 概述

8.4.2 中斷請求標記和中斷判優邏輯

8.4.3 中斷服務程序入口地址的尋找

8.4.4 中斷響應

8.4.5 保護現場和恢復現場

8.4.6 中斷屏蔽技術

思考題與習題

第4篇 控制單元

第9章 控制單元的功能

9.1 微操作命令的分析

9.1.1 取指周期

9.1.2 間址周期

9.1.3 執行周期

9.1.4 中斷周期

9.2 控制單元的功能

9.2.1 控制單元的外特性

9.2.2 控制信號舉例

9.2.3 多級時序系統

9.2.4 控制方式

9.2.5 多級時序系統實例分析

思考題與習題

第10章 控制單元的設計

10.1 組合邏輯設計

10.1.1 組合邏輯控制單元框圖

10.1.2 微操作的節拍安排

10.1.3 組合邏輯設計步驟

10.2 微程序設計

10.2.1 微程序設計思想的產生

10.2.2 微程序控制單元框圖及工作原理

10.2.3 微指令的編碼方式

10.2.4 微指令序列地址的形成

10.2.5 微指令格式

10.2.6 靜態微程序設計和動態微程序程序設計

10.2.7 毫微程序設計

10.2.8 串列微程序控制和并行微程序控制

10.2.9 微程序設計舉例

思考題與習題

附錄10A PC整機介紹

10A.1 主板

10A.1.1 主板的主要組成部件

10A.1.2 CPU晶元及插座(插槽)

10A.1.3 內存條插槽

10A.1.4 擴展插

10A.1.5 配套晶元和器件

10A.1.6 主板結構的改進

10A.2 晶元組

10A.2.1 晶元組的功能

10A.2.2 晶元組的組成

參考文獻