本書系統(tǒng)介紹了計(jì)算機(jī)組成的基本原理、內(nèi)部工作機(jī)制以及實(shí)現(xiàn)技術(shù)。全書分為八章,第1章和第二章是基本的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述和信息表示的知識(shí)點(diǎn),是全書的概括,也是后續(xù)內(nèi)容展開的知識(shí)基礎(chǔ);具體的內(nèi)容展開按照計(jì)算機(jī)的五大部件進(jìn)行:第三章是運(yùn)算器、第四章是存儲(chǔ)器、第五、六章是指令系統(tǒng)與中央處理器、第七、八章介紹輸入輸出設(shè)備以及輸入輸出系統(tǒng)。本書的主要思想是在強(qiáng)調(diào)基本原理、基本概念的同時(shí),力求做到內(nèi)容全面、概念清楚、通俗易懂,并注意到實(shí)用性和先進(jìn)性。
計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)類各專業(yè)學(xué)生的必修核心課程之一,課程在計(jì)算機(jī)學(xué)科中處于承上啟下的地位。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課教材,既能深入淺出地把原理、相關(guān)技術(shù)講透徹,又要結(jié)合技術(shù)發(fā)展、器件更新的體現(xiàn)出實(shí)時(shí)性。教材的主要使用對(duì)象定位為應(yīng)用型本科培養(yǎng)的學(xué)生,結(jié)合學(xué)生實(shí)際特點(diǎn),既注重原理,又注重實(shí)踐,配有大量示例和練習(xí)便于知識(shí)的學(xué)習(xí)與掌握。
前 言計(jì)算機(jī)組成原理課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生核心主干課程。通過(guò)計(jì)算機(jī)組成原理課程的學(xué)習(xí),了解計(jì)算機(jī)一般組成的原理、理解指令的執(zhí)行過(guò)程與內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制。計(jì)算機(jī)組成原理的學(xué)習(xí)不僅是硬件上的設(shè)計(jì)與分析,還包括數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示、運(yùn)算和存儲(chǔ)。因此,計(jì)算機(jī)組成原理的課程教材,既注意內(nèi)容更新,也側(cè)重與學(xué)以致用。為此,根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐,編寫了本書。本書具有立足于系統(tǒng)、面向應(yīng)用、實(shí)用性強(qiáng)、適用面廣等特點(diǎn)。
本書的編寫主要思想是在強(qiáng)調(diào)基本原理、基本概念的同時(shí),力求做到內(nèi)容全面、概念清楚、通俗易懂,并注意到實(shí)用性和先進(jìn)性。本書總章數(shù)為八章,對(duì)計(jì)算機(jī)組成的基本原理與技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)介紹。第1章和第二章是基本的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述和信息表示的知識(shí)點(diǎn),是全書的概括,也是后續(xù)內(nèi)容展開的知識(shí)基礎(chǔ)。
本書具體的內(nèi)容展開按照計(jì)算機(jī)的五大部件進(jìn)行:第三章是運(yùn)算器、第四章是存儲(chǔ)器、第五、六章是指令系統(tǒng)與中央處理器、第七、八章介紹輸入輸出設(shè)備以及輸入輸出系統(tǒng)。本書每章后都有習(xí)題,能提供知識(shí)點(diǎn)練習(xí)的機(jī)會(huì)。
由于水平有限,書中難免存在漏誤和不妥之處,敬請(qǐng)批評(píng)指正。
編 者
第1章
概論
1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概述
1.1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展
1.1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)
1.1.3 計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)
1.2計(jì)算機(jī)硬件的組成
1.2.1 諾依曼計(jì)算機(jī)特點(diǎn)
1.2.2 計(jì)算機(jī)的主要部件
1.2.3 存儲(chǔ)程序工作方式
1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組織
1.3.1 硬件系統(tǒng)
1.3.2 軟件系統(tǒng)
1.3.3 系統(tǒng)組成的多層次結(jié)構(gòu)
1.3.4 硬件、軟件的功能劃分與邏輯上的等價(jià)
1.4計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)與性能指標(biāo)
1.4.1數(shù)字計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)
1.4.2計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)練
習(xí)題一
第2章
計(jì)算機(jī)中信息的表示
2.1 數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示方法
2.1.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制
2.1.2 帶符號(hào)數(shù)的表示
2.1.3 數(shù)的定點(diǎn)表示與浮點(diǎn)表示
2.2 字符表示
2.2.1
ASCII碼
2.2.2 漢字編碼簡(jiǎn)介
習(xí)題二
第3章 運(yùn)算器
3.1 運(yùn)算器組織概述
3.1.1 加法單元
3.1.2 并行加法器與進(jìn)位邏輯結(jié)構(gòu)
3.1.3 多功能算術(shù)、邏輯運(yùn)算部件
3.2 運(yùn)算方法
3.2.1 定點(diǎn)加減運(yùn)算
3.2.2 溢出判斷與移位
3.2.3 定點(diǎn)乘法運(yùn)算
3.2.4 定點(diǎn)除法運(yùn)算
3.2.5 浮點(diǎn)四則運(yùn)算
3.3 運(yùn)算器組織與實(shí)例
3.3.1 運(yùn)算器結(jié)構(gòu)
3.3.2
ALU舉例
3.3.3 浮點(diǎn)運(yùn)算器舉例
練習(xí)三
第4章
存儲(chǔ)子系統(tǒng)
4.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述
4.1.1存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)
4.1.2存儲(chǔ)器的分類
4.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)原理
4.2.1雙極型存儲(chǔ)單元與芯片
4.2.2靜態(tài)mos存儲(chǔ)單元與芯片
4.2.3動(dòng)態(tài)mos存儲(chǔ)單元與芯片
4.2.4動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的刷新
4.2.5半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器與芯片
4.3主存儲(chǔ)器的組織
4.3.1主存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)的一般原則
4.3.2主存儲(chǔ)器與cpu、系統(tǒng)總線的連接
4.3.3主存儲(chǔ)器芯片技術(shù)
4.3.4主存儲(chǔ)器的校驗(yàn)
4.4提高存儲(chǔ)系統(tǒng)性能的一些措施
4.4.1高速緩沖存儲(chǔ)器
4.4.2虛擬存儲(chǔ)器
4.4.3雙端口存儲(chǔ)器
4.4.4并行存儲(chǔ)器
4.4.5相聯(lián)存儲(chǔ)器
練習(xí)四
第5章
指令系統(tǒng)
5.1指令的表示
5.1.1指令格式
5.1.2 地址碼
5.1.3 操作碼
5.2尋址方式
5.2.1 編址方式
5.2.2常見尋址方式
5.3 指令的功能和類型
練習(xí)五
第6章
中央處理器子系統(tǒng)
6.1 中央處理器概述
6.1.1
CPU的基本組成
6.1.2 時(shí)序控制方式
6.1.3 控制器分類
6.1.4
CPU與外部的信息交換
6.2中央處理器模型
6.2.1
CPU設(shè)計(jì)步驟
6.2.2 模型機(jī)的指令系統(tǒng)
6.2.3 模型機(jī)的組成與數(shù)據(jù)通路
6.3 組合邏輯控制方式
6.3.1 組合邏輯控制器時(shí)序系統(tǒng)
6.3.2 指令流程與操作時(shí)間表
6.3.3 微命令的綜合與產(chǎn)生
6.4 微程序控制方式
6.4.1 微程序控制的基本原理
6.4.2 微指令的編碼方式與微地址的形成方式
6.4.3 模型機(jī)微指令格式
6.4.4 模型機(jī)微程序設(shè)計(jì)
6.5 典型CPU簡(jiǎn)介
練習(xí)六
第7章
輸入/輸出設(shè)備及接口
7.1輸入/輸出設(shè)備概述
7.1.1輸入/輸出設(shè)備的一般功能
7.1.2輸入/輸出設(shè)備的類型
7.1.3輸入/輸出設(shè)備與主機(jī)系統(tǒng)間的信息交換
7.2鍵盤及接口
7.2.1鍵盤的類型
7.2.2鍵盤及接口電路
7.3顯示設(shè)備及接口
7.3.1顯示方式與顯示規(guī)格
7.3.2光柵掃描成像原理
7.3.3屏幕顯示與顯示緩存間的對(duì)應(yīng)關(guān)系
7.3.4顯示適配器
7.4打印設(shè)備及接口
7.4.1打印機(jī)的性能指標(biāo)
7.4.2點(diǎn)陣針式打印機(jī)
7.4.3激光打印機(jī)
7.4.4噴墨打印機(jī)
7.4.5打印機(jī)適配器
7.5磁盤存儲(chǔ)器及接口
7.5.1硬盤存儲(chǔ)器
7.5.2磁表面存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)原理
7.5.3讀寫原理
7.5.4磁盤適配器
7.6光盤存儲(chǔ)器
7.6.1光盤存儲(chǔ)器的讀/寫原理
7.6.2光盤存儲(chǔ)器的特性
7.6.3光盤驅(qū)動(dòng)器
7.7其他常用的輸入/輸出設(shè)備
7.7.1光學(xué)字符識(shí)別設(shè)備
7.7.2圖形圖像輸入設(shè)備
7.7.3語(yǔ)音識(shí)別設(shè)備
7.7.4條形碼識(shí)別儀
練習(xí)七
第8章
輸入/輸出系統(tǒng)
8.1概述
8.1.1主機(jī)與外部設(shè)備的連接模式
8.1.2總線類型與總線標(biāo)準(zhǔn)
8.1.3接口功能與接口分類
8.2系統(tǒng)總線
8.2.1總線設(shè)計(jì)的要素
8.2.2系統(tǒng)總線的信號(hào)組成
8.3直接程序傳送方式與接口
8.4中斷方式與接口
8.4.1中斷方式基本概念
8.4.2中斷請(qǐng)求
8.4.3中斷判優(yōu)
8.4.4中斷響應(yīng)
8.4.5中斷處理
8.4.6中斷接口組成模型
8.4.7中斷接口舉例
8.5 DMA方式與接口
8.5.1 DMA方式基本概念
8.5.2 DMA控制器與接口的連接
8.5.3 DMA控制器的組成
8.5.4 DMA傳送操作過(guò)程
練習(xí)八
參考文獻(xiàn)