計算機組成基礎（第2版）

內容簡介

本書系統地介紹了計算機的基本組成原理和內部工作機制，內容主要包括：計算機系統概論、運算基礎、數值的機器運算、存儲系統和結構、指令系統、中央處理器、I/O接口、外圍設備、匯流排和計算機硬體系統舉例——PC主機板和處理器晶片。書中各章都給出一些例題幫助讀者進一步理解和掌握基本概念及各部件的工作原理，而且每章後都附有適量的習題。

圖書目錄

第2版前言

第1版前言

教學建議

第1章　計算機系統概論1

1.1　計算機系統發展簡史1

1.1.1　計算機1

1.1.2　電子計算機4

1.2　電子計算機硬體的主要組成部分9

1.2.1　運算器9

1.2.2　控制器10

1.2.3　存儲器10

1.2.4　輸入設備10

1.2.5　輸出設備10

1.3　電子計算機系統的主要技術指標11

1.3.1　字長11

1.3.2　運算速度11

1.3.3　存儲容量11

1.3.4　主頻12

1.4　軟體概述12

1.4.1　軟體及其分類12

1.4.2　對“軟體”的完整理解13

1.4.3　語言處理程式14

1.5　計算機系統層次結構16

1.6　計算機的套用18

1.6.1　數值計算18

1.6.2　數據處理 18

1.6.3　計算機控制18

1.6.4　計算機輔助設計/計算機輔助製造19

1.6.5　人工智慧19

習題119

第2章　運算基礎——數值的機器級表示20

2.1　數制20

2.1.1　十進制數制20

2.1.2　二進制數制21

2.1.3　二進制數與地洪廈十進制數之間的轉換22

2.1.4　十六進制數制23

2.2　機器數與真值——帶符號數與不帶符號數的表示25

2.2.1　機器數與真值25

2.2.2　帶符號數的表示法25

2.3　定點表示法與浮點表示法28

2.3.1　定點表示法28

2.3.2　浮點表示法28

2.4　二進制信息編碼29

2.4.1　BCD碼（二十進制碼）29

2.4.2　ASCII碼30

2.5　漢字編碼31

2.5.1　漢字的輸入編碼32

2.5.2　國標碼與漢字機內碼32

2.5.3　漢字字模碼32

2.6　校驗碼32

2.6.1　幾個基本概念32

2.6.2　奇偶校驗碼33

*2.6.3　循環冗餘校驗碼36

習題239

第3章　數值的機器運算40

3.1　定點數的加、減法運算和加、減法電路的實現40

3.1.1　定點數的加減運算40

3.1.2　從半加器到算術邏輯部件ALU43

*3.2　定點數的乘、除法運算和乘、除法電路的實現51

3.2.1　定點數的乘法運算和乘法電路的實現51

3.2.2　定點數的除法運算和除法電路的實現58

3.3　邏輯運算63

3.3.1　“與”、“或”和“非”運算63

3.3.2　“異或”運算64

3.4　定點運算器的基本結構與工作原理65

3.4.1　移位電路66

3.4.2　頁愚墊定點運算的主要組成66

3.5　浮點數運算和浮點數運算器的實現67

3.5.1　二進制數的浮點運算67

3.5.2　浮點運算器的基本結構71

習題373

第4章　存儲系統和結構76

4.1　存儲系統的組成76

4.1.1　存儲器的分類76

4.1.2　主存76

4.1.3　輔存78

4.2　主存的組織與操作78

4.2.1　半導體存儲器的基本結構78

4.2.2　存儲器中的數據組織79

4.2.3　半導體存儲器的主要技術指標79

4.2.4　半導體存儲器晶片龍請烏的發展80

4.2.5　主存恥樂請說儲器的組織82

4.2.6　多體交叉存儲技術86

4.3　存儲系統的層次結構87

4.4　高速緩衝存儲器88

4.4.1　Cache的工作原理88

4.4.2　主存與Cache之間的地址映像89

4.4.3　直接采承映像故辯民90

4.4.4　全相聯映像94

4.4.5　組相聯映像97

4.4.6　替換策略和更新策略99

4.5　虛擬存儲器101

4.5.1　虛擬存儲器的基本概念101

4.5.2　頁式虛擬存儲器102

4.5.3　段式虛擬存儲器103

4.5.4　段頁式虛擬存儲器104

4.5.5　快表技術105

習題4106

第5章　指令系章騙淋殃統110

5.1　指令與指令系統110

5.1.1　指令格式110

5.1.2　定址方式114

5.2　兩類指令系統118

5.2.1　80X86系列處理器的指令系統118

5.2.2　MIPS處理器的指令系統120

5.3　指令流程123

5.3.1　指令執行過程123

5.3.2　3種周期124

5.3.3　兩種典型的CPU結構類型124

5.3.4　指令流程舉例1——單匯流排結構CPU128

5.3.5　指令流程舉例2——專用通路結構CPU130

習題5133

第6章　中央處理器135

6.1　中央處理器的功能與組成135

6.1.1　中央處理器的組成135

6.1.2　中央處理器的功能136

6.1.3　控制器的組成136

6.2　硬連線控制器137

6.2.1　硬連線控制器概述137

6.2.2　硬連線控制器的結構138

6.2.3　硬連線控制器的設計步驟140

6.3　微程式控制器140

6.3.1　微程式控制器概述140

6.3.2　微程式控制器的基本結構141

6.3.3　微程式設計技術142

6.4　中斷與異常處理148

6.4.1　中斷與異常的定義148

6.4.2　中斷處理過程149

6.4.3　中斷優先權151

6.4.4　中斷的嵌套154

6.5　中央處理器中流水線技術的基本概念154

6.5.1　並行性的概念154

6.5.2　指令的3種解釋方式157

6.5.3　流水線技術的特點160

6.5.4　流水線中的相關性161

6.5.5　流水線的性能指標161

6.5.6　流水線舉例——MIPS R4000163

習題6164

第7章　I/O接口與外圍設備165

7.1　外圍設備165

7.2　常用輸入設備和輸出設備165

7.2.1　鍵盤166

7.2.2　滑鼠167

7.2.3　掃瞄器168

7.2.4　觸控螢幕168

7.2.5　印表機169

7.2.6　顯示器171

7.3　外存儲器174

7.3.1　磁碟存儲器174

7.3.2　磁帶存儲器177

7.3.3　RAID178

7.3.4　光碟存儲器182

7.3.5　隨身碟存儲器187

7.4　外圍設備與主機的定時方式和信息交換方式188

7.4.1　程式控制傳送方式188

7.4.2　DMA傳送方式193

7.4.3　通道傳送方式195

7.5　圖形用戶界面197

7.5.1　人機互動技術197

7.5.2　圖形用戶界面概述199

習題7204

第8章　匯流排206

8.1　匯流排概述206

8.1.1　匯流排和匯流排標準206

8.1.2　匯流排的分類207

8.2　匯流排通信協定、匯流排仲裁和匯流排負載能力209

8.2.1　匯流排傳輸周期209

8.2.2　匯流排通信協定209

8.2.3　匯流排仲裁211

8.2.4　匯流排負載能力213

8.3　實用匯流排標準214

8.3.1　PCI匯流排214

8.3.2　RS-232C匯流排223

8.3.3　IEEE-488匯流排226

8.3.4　IDE/ATA匯流排226

8.3.5　SCSI匯流排229

8.3.6　USB匯流排231

8.3.7　IEEE 1394匯流排236

習題8237

第9章　計算機硬體系統舉例——PC主機板和CPU238

9.1　PC主機板238

9.1.1　主機板概述239

9.1.2　主機板上的插座和插槽240

9.1.3　主機板的外設接口242

9.2　晶片組243

9.2.1　晶片組的功能243

9.2.2　南北橋結構與Hub結構244

9.3　從32位微處理器到多核處理器245

9.3.1　32位微處理器245

9.3.2　64位微處理器255

9.3.3　多核晶片258

習題9268

參考文獻269

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