計算機組成原理

書 名：計算機組成原理

編著者：單振輝 李慧

ISBN： 978-7-5635-4857-6

出版時間： 2016-08-22

版 次： 1-1

計算機組成原理主審：仲崇儉、裴杭；主編：單振輝、李慧；副主編：王暉、谷德麗

本書以馮·諾依曼結構計算機為主線，系統地介紹了計算機硬體系統的基本概念、工作原理、組成結構和設計方法。全書共分為7章，主要內容包括計算機概述、數據的表示、運算器與運算方法、存儲系統、指令系統、中央處理器、輸入/輸出系統。

本書內容全面、思路清晰、重點突出、通俗易懂、實例豐富，實驗部分配有三種環境的實驗設計，方便學習者使用。本書可作為計算機及相關專業本科計算機組成原理課程的教材，也可作為計算機相關工作科技人員的參考書。

第1章概述1

1.1計算機的概念1

1.1.1計算機定義和特性1

1.1.2計算機的分類1

1.1.3計算機的應用2

1.2計算機的發展歷程2

1.3計算機的組成與結構3

1.3.1計算機系統的基本組成3

1.3.2計算機系統的層次結構6

1.4實驗設計8

1.4.1PC的硬體組成8

1.4.2AEDK實驗機的硬體組成8

1.4.3EL實驗機的硬體組成9

習題111

第2章數據的表示12

2.1計算機中的基本邏輯電路12

2.2數值數據的編碼表示15

2.2.1數制及數制轉換15

2.2.2機器數編碼表示19

2.2.3機器數表示形式的變換26

2.2.4十進位數的二進位編碼表示27

2.3非數值數據的編碼表示28

2.3.1邏輯數據28

2.3.2西文字元29

2.3.3漢字字元29

2.3.4多媒體信息30

2.4數據校驗碼31

2.4.1奇偶校驗碼31

2.4.2海明校驗碼32

2.4.3循環冗餘校驗碼34

2.5實驗設計37

2.5.1PC中的寄存器組37

2.5.2AEDK實驗機的寄存器組38

2.5.3EL實驗機的寄存器組44

習題246

第3章運算器與運算方法48

3.1加法器48

3.1.1半加器與全加器48

3.1.2串列進位與并行進位49

3.1.3算術邏輯運算部件52

3.2定點加、減法運算56

3.2.1原碼定點加、減法56

3.2.2補碼定點加、減法57

3.2.3溢出及檢測57

3.2.4補碼加減法運算器58

3.3定點乘法運算59

3.3.1原碼一位乘法60

3.3.2原碼兩位乘法62

3.3.3補碼一位乘法64

3.3.4補碼兩位乘法65

3.3.5陣列乘法器66

3.4定點除法運算67

3.4.1原碼除法運算67

3.4.2補碼除法運算70

3.4.3陣列除法器71

3.5浮點運算71

3.5.1浮點加、減法運算72

3.5.2浮點乘、除法運算73

3.6十進位數的加、減法運算73

3.7實驗設計76

3.7.1PC中的運算器76

3.7.2AEDK實驗機的運算器77

3.7.3EL實驗機的運算器80

習題382

第4章存儲系統84

4.1存儲器概述84

4.1.1存儲器的主要性能指標84

4.1.2存儲器分類84

4.2半導體讀寫存儲器85

4.2.1半導體基本存儲單元85

4.2.2半導體RAM晶元88

4.2.3用存儲晶元構成主存儲器90

4.3半導體只讀存儲器95

4.3.1掩膜只讀存儲器(Masked ROM)95

4.3.2可編程ROM(PROM)96

4.3.3可擦除和編程的ROM(EPROM)97

4.3.4電擦除電改寫只讀存儲器(EEPROM)97

4.4高速緩衝存儲器98

4.4.1工作原理98

4.4.2映像方式99

4.4.3替換演演算法104

4.5虛擬存儲器105

4.5.1虛擬存儲器的概念105

4.5.2虛擬存儲器的基本管理方法105

4.6輔助存儲器107

4.6.1磁表面存儲器107

4.6.2光碟存儲器108

4.7實驗設計110

4.7.1PC中的存儲器110

4.7.2AEDK實驗機的存儲器113

4.7.3EL實驗機的存儲器115

習題4116

第5章指令系統118

5.1指令格式118

5.1.1指令的格式118

5.1.2定址方式119

5.1.3指令類型120

5.2指令編碼121

5.3指令格式設計123

5.4指令的執行125

5.4.1指令部件125

5.4.2指令的執行方式125

5.5CISC和RISC126

5.6實驗設計127

5.6.1PC的指令系統127

5.6.2AEDK實驗機的指令系統128

5.6.3EL實驗機的指令系統132

習題5134

第6章中央處理器136

6.1中央處理器的結構與功能136

6.1.1中央處理器的功能136

6.1.2中央處理器的基本結構136

6.1.3中央處理器的控制流程138

6.1.4中央處理器的時序控制方式139

6.2指令執行過程140

6.3控制器的設計143

6.3.1組合邏輯控制器143

6.3.2PLA控制145

6.3.3微程序控制器146

6.4實驗設計158

6.4.1PC中程序的執行158

6.4.2AEDK實驗機的控制器159

6.4.3EL實驗機的控制器163

習題6170

第7章輸入/輸出系統172

7.1匯流排與介面標準172

7.1.1匯流排的分類172

7.1.2匯流排的主要性能參數173

7.1.3匯流排的通信173

7.1.4匯流排標準178

7.2輸入/輸出介面182

7.2.1介面的功能182

7.2.2介面的分類183

7.2.3介面的組成結構183

7.2.4CPU與I/O介面之間的數據交換方式185

7.3外部設備186

7.3.1常用輸入設備186

7.3.2常用輸出設備187

7.4實驗設計189

習題7191

附錄192

附錄1AEDK模型機指令系統表192

附錄2AEDK模型機微程序表194

參考文獻196