計算機組成原理

本書系統介紹計算機的基本組成、基本原理和基本分析方法，全書共分9章，包括計算機系統概述、信息表示、邏輯電路基礎、運算方法與運算器、存儲器、指令系統及彙編語言程序設計、控制器與中央處理器、存儲體系及輸入輸出系統，闡述計算機從部件到整機的組織結構和工作原理。

本書內容深入淺出，循序漸進，每章均附有習題，可作為高等院校計算機專業教材，也可作為相關科技人員的參考書。

第1章計算機系統概述

1.1計算機的發展歷程

1.2計算機硬體的基本組成

1.2.1存儲器

1.2.2運算器

1.2.3控制器

1.2.4輸入輸出設備

1.2.5匯流排

1.3程序設計語言和計算機的層次結構

1.4計算機的主要性能指標

1.4.1機器字長

1.4.2運行速度

習題

第2章信息表示

2.1進位記數制及其相互轉換

2.1.1進位記數制

2.1.2數制轉換

2.2數值數據的表示

2.2.1定點數的表示

2.2.2浮點數的表示

2.2.3C語言中定點數和浮點數的表示

2.2.4十進位數的二進位編碼

2.3非數值數據的表示

2.3.1邏輯類型數據表示

2.3.2字元編碼

2.3.3漢字編碼

2.4可靠性編碼

2.4.1格雷碼

2.4.2奇偶校驗碼

2.4.3漢明校驗碼

2.4.4循環冗餘校驗碼

習題

第3章邏輯電路基礎

3.1邏輯代數基礎

3.1.1邏輯常量、邏輯變數

3.1.2邏輯代數的基本運算

3.1.3基本邏輯公式、定理和規則

3.1.4邏輯函數

3.1.5邏輯函數化簡

3.2邏輯電路

3.2.1邏輯門電路

3.2.2門電路的實現

3.2.3集成電路

3.2.4可編程邏輯電路

3.2.5邏輯電路的設計模式

3.3計算機中常用的組合邏輯電路

3.3.1加法器

3.3.2解碼器

3.3.3多路選擇器

3.3.4三態門

3.4計算機中常用的時序邏輯電路

3.4.1基本RS觸發器和D觸發器

3.4.2鎖存器

3.4.3數據寄存器

3.4.4移位寄存器

3.4.5計數器

習題

第4章運算方法與運算器

4.1定點數加減法運算

4.1.1原碼加減運算方法

4.1.2補碼加減運算方法

4.1.3補碼加減運算的邏輯實現

4.1.4移碼加減運算

4.2定點數移位運算

4.2.1邏輯移位

4.2.2算術移位

4.2.3循環移位

4.3定點乘法運算

4.3.1原碼乘法運算

4.3.2補碼乘法運算

4.3.3陣列乘法器

4.4定點除法運算

4.4.1原碼除法運算

4.4.2補碼除法運算

4.4.3陣列除法器

4.5浮點數的四則運算

4.5.1浮點加減運算

4.5.2浮點乘除運算

4.6運算器的組織

4.6.1定點運算器的組成與結構

4.6.2定點運算器實例

4.6.3浮點運算器的組成與結構

習題

第5章存儲器

5.1存儲器概述

5.1.1存儲器的分類

5.1.2存儲器的性能指標

5.2半導體隨機存取存儲器

5.2.1靜態隨機存取存儲位元

5.2.2動態隨機存取存儲位元

5.2.3半導體隨機存取存儲晶元

5.2.4DRAM的發展

5.3非易失性半導體存儲器

5.3.1掩膜型只讀存儲器

5.3.2一次可編程只讀存儲器

5.3.3可擦除可編程只讀存儲器

5.3.4電可擦除可編程只讀存儲器

5.3.5Flash存儲器

5.3.6鐵電存儲器

5.3.7磁性隨機存儲器

5.3.8相變存儲器

5.4主存儲器的組織

5.4.1CPU與主存儲器的連接

5.4.2主存儲器容量的擴充

5.4.3主存儲器的編址方式

5.4.4哈佛結構

5.5輔助存儲器

5.5.1磁記錄原理及記錄方式

5.5.2磁碟存儲器

5.5.3磁帶存儲器

5.5.4光碟存儲器

習題

第6章指令系統及彙編語言程序設計

6.1指令系統的基本概念

6.1.1指令和指令系統

6.1.2指令的格式

6.1.3指令的類型

6.2定址方式

6.3RISC技術

6.3.1RISC的產生及發展

6.3.2RISC的主要特徵

6.3.3RISC與CISC的比較

6.4指令系統舉例

6.4.1Intel8086指令系統

6.4.2RISCⅡ指令系統

6.4.3PowerPC指令系統

6.5彙編語言程序設計

6.5.1基本概念

6.5.2JUCⅡ模型機的功能結構

6.5.3JUCⅡ模型機的指令系統

6.5.4JUCⅡ模型機的彙編語言

6.5.5順序結構程序設計

6.5.6分支程序設計

6.5.7循環程序設計

6.5.8堆棧及子程序

6.5.9彙編語言程序設計舉例

習題

第7章控制器和中央處理器

7.1控制器概述

7.1.1控制器基本組成

7.1.2控制器的工作過程

7.1.3控制器的實現方式

7.2CPU數據通路

7.2.1Intel 8080的數據通路

7.2.2VAX11/780的數據通路

7.2.3模型機CPU的數據通路

7.3指令執行流程

7.3.1取指令階段

7.3.2取操作數階段

7.3.3執行階段

7.3.4指令執行的微操作序列舉例

7.4硬布線控制器

7.4.1同步控制和非同步控制

7.4.2多級時序系統

7.4.3硬布線控制器的設計

7.5微程序控制器

7.5.1微程序控制基本原理

7.5.2微指令編碼方式

7.5.3後繼微指令地址的形成

7.5.4微程序控制的時序

7.6微程序控制器設計實例

7.6.1微指令編碼設計

7.6.2微地址形成

7.6.3取指令的微程序設計

7.6.4取操作數的微程序設計

7.6.5執行階段的微程序設計舉例

7.7流水線技術

7.7.1流水線的基本原理

7.7.2流水線的性能指標

7.7.3流水線的分類

7.7.4指令流水線的相關與衝突

7.7.5流水線的指令調度

7.7.6超標量與超流水線

習題

第8章存儲體系

8.1并行存儲器

8.1.1雙埠存儲器

8.1.2多模塊交叉存儲器

8.1.3相聯存儲器

8.2高速緩衝存儲器

8.2.1cache的基本原理

8.2.2地址映像

8.2.3替換演演算法

8.2.4cache的讀寫策略

8.2.5cache的多層次結構

8.3虛擬存儲器

8.3.1虛擬存儲器的基本概念

8.3.2頁式虛擬存儲器

8.3.3段式虛擬存儲器

8.3.4段頁式虛擬存儲器

8.3.5快速地址變換

8.4存儲體系的層次結構

習題

第9章輸入輸出系統

9.1輸入輸出系統概述

9.1.1輸入輸出系統的組成

9.1.2輸入輸出設備

9.1.3輸入輸出介面

9.1.4輸入輸出介面與主機的信息傳送控制方式

9.2程序查詢方式

9.2.1程序查詢傳送工作流程

9.2.2查詢輸入介面

9.2.3查詢輸出介面

9.3程序中斷方式

9.3.1中斷概述

9.3.2中斷請求的表示與控制

9.3.3中斷響應

9.3.4中斷服務和中斷返回

9.3.5中斷嵌套

9.3.6中斷優先順序的動態分配

9.4直接存儲器存取方式

9.4.1DMA概述

9.4.2DMA控制器

9.4.3DMA傳送方式

9.4.4DMA傳送過程

9.5匯流排

9.5.1匯流排的特性和性能指標

9.5.2匯流排仲裁

9.5.3匯流排操作和定時

9.5.4典型匯流排標準

習題