計算機組成與設計（第2版）

《計算機組成與設計（第2版）》是2008年5月7日出版的圖書，作者是王誠。

基本介紹

• 書名：計算機組成與設計（第2版）
• 作者：王誠
• ISBN：9787302086215
• 定價：32元
• 出版時間：2008-5-7
• 裝幀：平裝

圖書簡介

本書共分9章。第1章是綜述，第2章介紹數字電路基礎和計算機中常用的邏輯器件，第3-8章講解計算機組成原理與設計的主體內容，包括計算機系統的中央處理器（CPU）、存儲器系統和輸入輸出系統；第9章介紹並行計算機體系結構。

本書既可作為高等院校計算機或相關專業“計算機組成原理”課程的教材，也可供從事與計算機相關業務的生產、科研和工程技術人員參考。

目錄

計算機組成概述1

1.1計算機系統的基本組成及其層次結構1

1.2計算機的體系結構、組成和實現6

1.3計算機系統發展進步與拓展套用的歷程8

1.4課程的教學目標和學習建議11

小結11

習題與思考題12

2數字電路基礎和計算機中的邏輯部件13

2.1數字電路基礎13

2.1.1半導體材料和晶體二極體簡介13

2.1.2雙極型三極體的結構及其伏安特性15

2.1.3MOS管的結構及其伏安特性17

2.2基本邏輯門和布爾代數基礎18

2.2.1最基本的邏輯門電路18

2.2.2布爾代數基礎20

2.2.3一位加法器的邏輯線路設計舉例25

2.3組合邏輯電路及其套用27

2.3.1基本邏輯門27

2.3.2三態門27

2.3.3數據選擇器29

2.3.4解碼器和編碼器30

2.3.5組合邏輯電路套用舉例32

2.4時序邏輯電路及其套用37

2.4.1基本RS觸發器38

2.4.2D型觸發器與暫存器、計數器器件39

2.4.3時序邏輯電路套用舉例43

2.5現場可程式器件及其套用51

2.5.1現場可程式器件概述51

2.5.2通用可程式器件GAL20V8的內部結構及編程使用52

2.5.3MACH器件的內部結構與編程使用55

2.5.4FPGA器件及其在實現CPU功能中的套用60

2.6幾個專用功能器件和存儲器晶片的引腳圖61

小結63

習題與思考題63

計算機組成與設計目錄3數據表示、運算算法和線路實現65

3.1數位化信息編碼的概念和二進制編碼知識65

3.1.1數位化信息編碼的概念65

3.1.2二進制編碼和碼制轉換66

3.1.3檢錯糾錯碼73

3.2數據表示——常用的信息編碼83

3.2.1邏輯類型數據的表示83

3.2.2字元類型數據的表示84

3.2.3數值類型數據的表示86

3.3二進制數值數據的編碼與運算算法93

3.3.1原碼、反碼、補碼的定義93

3.3.2補碼加、減運算規則和電路實現98

3.3.3原碼一位乘法、除法的實現方案100

3.3.4實現數據算術運算和邏輯運算的原理性電路組成107

3.3.5補碼一位乘法、除法的實現方案107

3.3.6加速乘除法運算的有關算法介紹111

小結116

習題與思考題117

4運算器部件的組成與設計118

4.1運算器部件概述118

4.1.1運算器部件的功能和在計算機中的地位118

4.1.2定點運算器的功能、組成與運行控制120

4.1.3位片結構的運算器晶片Am2901121

4.2教學計算機運算器的設計與實現126

4.2.1用4片Am2901晶片構建16位的運算器部件126

4.2.2在4片Am2901晶片之外的線路設計129

4.3脫機的和在線上的運算器實驗133

4.4浮點運算與浮點運算器135

4.4.1浮點數的運算規則135

4.4.2浮點運算器舉例142

4.5提高運算器部件處理能力的可行途徑146

4.5.1計算機性能的演變和並行性發展概述146

4.5.2提高計算機運算器處理能力的可行途徑147

小結149

習題與思考題149

5指令、指令系統和彙編語言程式設計151

5.1指令格式和指令系統概述151

5.1.1操作碼的組織與編碼153

5.1.2運算元類型和指令操作類型154

5.1.3運算元的個數、來源、去向和地址安排155

5.1.4指令的分類156

5.2定址方式概述與套用實例158

5.2.1基本定址方式概述158

5.2.2定址方式套用舉例161

5.3指令系統舉例164

5.3.1教學計算機的指令系統說明164

5.3.2PentiumⅡ機的指令系統171

5.3.3UltraSPARCⅡ機的指令系統172

5.4彙編語言程式設計舉例174

5.4.1彙編語言及其在教學計算機中的實現174

5.4.2教學計算機的彙編程式設計舉例176

小結183

習題與思考題183

6控制器部件的組成與設計185

6.1控制器的功能、組成與指令執行步驟186

6.1.1控制器部件的功能、組成概述186

6.1.2指令的執行步驟概述187

6.1.3指令周期和其他有關術語191

6.2微程式控制器部件的組成與設計193

6.2.1微程式控制器的基本組成和工作原理193

6.2.2微程式設計中下地址形成邏輯的硬體技術194

6.2.3教學計算機微程式控制器的組成198

6.2.4設計教學計算機的微指令格式202

6.2.5設計教學計算機的微程式210

6.2.6微程式控制器教學實驗220

6.3硬連線控制器部件的組成與設計220

6.3.1硬連線控制器的組成和運行原理簡介221

6.3.2教學計算機硬連線控制器的組成222

6.3.3設計教學計算機的指令執行流程與節拍發生器部件223

6.3.4設計教學計算機的時序控制信號產生部件235

6.3.5硬連線控制器教學實驗250

6.4提高指令執行速度的可行途徑250

6.4.1指令流水的基本概念和實現思路250

6.4.2RISC計算機的指令系統和指令流水線實例252

6.4.3RISC計算機中的通用暫存器組織和編譯程式簡介256

6.4.4流水線的性能指標257

6.4.5指令級並行技術259

小結260

習題與思考題260

7多級結構的存儲器系統262

7.1存儲器系統概述263

7.1.1存儲器分類264

7.1.2存儲器系統的設計目標和解決思路265

7.2主存儲器267

7.2.1主存儲器概述267

7.2.2動態存儲器晶片的存儲原理和讀寫過程269

7.2.3靜態存儲器的存儲原理和內部結構272

7.2.4主存儲器實現與套用中的幾項技術274

7.2.5TEC2000教學計算機記憶體儲器的組成與設計276

7.3外存儲設備與磁碟陣列技術281

7.3.1外存儲設備概述281

7.3.2磁碟設備與磁碟陣列技術284

7.3.3光碟設備與技術292

7.4高速緩衝存儲器cache300

7.4.1層次存儲器系統的運行原理和必須遵從的原則300

7.4.2高速緩衝存儲器cache的工作原理和組織302

7.4.3Pentium機的cache管理312

7.5虛擬存儲器316

7.5.1虛擬存儲器的概念316

7.5.2段式虛擬存儲器318

7.5.3頁式虛擬存儲器318

7.5.4Pentium機的存儲器管理320

7.6提高存儲器系統性能的可行途徑324

小結326

習題與思考題327

8輸入輸出設備與輸入輸出系統330

8.1輸入輸出設備331

8.1.1輸入輸出設備概述331

8.1.2點陣式設備運行原理綜述332

8.2顯示器設備的組成和運行原理334

8.2.1顯示器設備概述334

8.2.2陰極射線管的組成與運行原理335

8.2.3CRT字元顯示器的組成和運行原理336

8.2.4CRT圖形顯示器339

8.2.5計算機終端340

8.2.6液晶顯示器的組成和運行原理340

8.3印表機設備的組成與運行原理341

8.3.1針式印表機的組成與列印過程342

8.3.2噴墨印表機的組成與列印過程343

8.3.3雷射印表機的組成與列印過程345

8.4計算機的輸入設備346

8.4.1計算機鍵盤的組成和運行原理346

8.4.2滑鼠設備348

8.5輸入輸出系統概述348

8.6計算機匯流排349

8.6.1計算機匯流排概述349

8.6.2計算機匯流排的構成351

8.6.3匯流排仲裁和數據傳輸控制352

8.6.4教學計算機的匯流排系統實例354

8.7輸入輸出接口概述356

8.7.1輸入輸出接口的基本功能357

8.7.2通用可程式接口的一般組成357

8.7.3串列接口實例358

8.8常用的輸入輸出方式364

8.8.1常用的輸入輸出方式概述364

8.8.2中斷的概念和中斷處理過程366

8.8.3DMA的概念和DMA處理過程370

8.9提高數據輸入輸出能力和可靠性的可行途徑372

小結373

習題與思考題373

9並行計算機體系結構376

9.1陣列處理機和向量處理機376

9.2多處理機系統379

9.3多計算機系統381

小結386

習題與思考題386

參考文獻3880緒論1

0.1微波的範圍1

0.2微波的優點2

0.3微波的套用2

0.4本書的結構4

0.5對讀者的建議5

1電磁場概述7

1.1引言7

1.2時變電磁場方程組和媒質的本構關係7

1.3諧變電磁場方程組和媒質的本構關係9

1.4邊界條件11

1.5坡印亭定理14

1.5.1時變場的坡印亭定理14

1.5.2諧變場的坡印亭定理14

1.6惟一性定理16

1.7等效源和廣義電磁場方程組18

1.8對偶性19

1.9波動方程20

1.10矢量位和標量位21

1.11反作用和互易定理23

1.12等效原理和鏡像定理25

1.12.1等效原理25

1.12.2鏡像定理26

習題27

2傳輸線理論28

2.1引言28

2.2傳輸線波動方程和它的解28

2.2.1傳輸線波動方程28

2.2.2波動方程的解30

2.2.3相速和波長31

2.3阻抗與駐波32

2.3.1反射係數32

2.3.2輸入阻抗與輸入導納33

2.3.3輸入阻抗與輸入導納的另一種表示式34

2.3.4傳輸線的工作狀態35

2.3.5駐波參量37

2.3.6阻抗的周期性和1/4波長倒置性38

微波工程基礎目錄2.4史密斯圓圖39

2.4.1阻抗圓圖39

2.4.2導納圓圖44

2.4.3阻抗匹配46

2.5功率衰減與噪聲51

2.5.1無耗傳輸線上的功率關係51

2.5.2有耗傳輸線52

2.5.3負載的噪聲功率53

2.5.4有耗傳輸線的噪聲溫度54

2.6包含信號源和負載的傳輸線電路57

2.6.1歸一化電壓與歸一化電流57

2.6.2簡單完整的傳輸線電路的形式解58

2.6.3匹配的基本概念60

2.7傳輸線電路中信號的時域分析61

2.7.1分布參數高速數字電路的特徵參數61

2.7.2s域傳輸線波動方程和它的解64

2.7.3簡單傳輸線電路負載端時域信號的形式解67

2.7.4負載端時域信號的形式解套用舉例71

習題75

3導波與波導80

3.1引言80

3.2規則金屬波導的一般理論81

3.2.1直接法求解81

3.2.2縱向場分量和橫向場分量的關係82

3.2.3TE波、TM波和TEM波的特點84

3.2.4導波的坡印亭矢量86

3.2.5空心金屬波導內不存在TEM波86

3.3矩形金屬波導87

3.3.1矩形波導的通解87

3.3.2矩形波導中的力線圖91

3.3.3矩形波導的色散方程與k空間93

3.3.4矩形波導中導波的相速和群速97

3.3.5矩形波導中的傳輸功率與儲能99

3.3.6矩形波導的衰減101

3.3.7矩形波導的導體壁電流104

3.4金屬圓波導105

3.4.1圓波導的通解105

3.4.2圓波導中的力線圖111

3.4.3圓波導的色散方程113

3.5同軸線與平行雙線113

3.5.1同軸線中的TEM波113

3.5.2同軸線中的TE波和TM波116

3.5.3同軸線TEM波的等效電路118

3.5.4平行雙線120

3.6傳輸線理論的推廣122

3.6.1TE波和TM波的傳輸線理論122

3.6.2多導體傳輸線電報方程126

3.7帶線和微帶線128

3.7.1帶線128

3.7.2微帶線130

3.7.3均勻介質填充的耦合傳輸線的奇偶模135

3.7.4耦合帶線138

3.7.5耦合微帶線139

3.8介質波導143

3.8.1相位匹配143

3.8.2對稱薄膜介質波導145

3.9光纖簡介150

3.10激勵耦合151

3.10.1源對場的激勵準則152

3.10.2激勵耦合舉例153

習題156

4微波網路159

4.1引言159

4.2微波網路的幾個定理160

4.2.1微波網路的坡印亭定理160

4.2.2微波網路的互易定理161

4.2.3微波網路的電抗定理162

4.3阻抗矩陣和導納矩陣164

4.3.1非歸一化阻抗矩陣和導納矩陣164

4.3.2歸一化阻抗矩陣和導納矩陣165

4.3.3阻抗矩陣和導納矩陣的性質167

4.4散射矩陣169

4.4.1散射矩陣和散射參量的意義169

4.4.2散射矩陣的性質169

4.4.3參考面移動後的散射矩陣171

4.4.4散射矩陣與阻抗導納矩陣的關係172

4.5二連線埠網路173

4.5.1二連線埠網路的各種矩陣173

4.5.2二連線埠網路的散射矩陣177

4.5.3二連線埠等效單元電路179

4.5.4對稱二連線埠網路的本徵值和本徵矢185

4.6網路的連線188

4.6.1網路的串聯188

4.6.2網路的並聯189

4.6.3網路的串並聯190

4.6.4網路的並串聯190

4.6.5網路的級聯192

4.7微波信號通過微波電路的分析方法193

4.7.1含n連線埠網路電路的形式解193

4.7.2微波電路的等效電源波定理195

4.7.3微波電路的信流圖199

4.7.4微波信號通過二連線埠網路202

習題206

附錄式（4725）、式（4726）和式（4729）的推導208

5無源微波電路211

5.1引言211

5.2匹配負載212

5.3波導接頭和同軸接頭213

5.4短路器213

5.5衰減器215

5.5.1吸收式矩形波導衰減器215

5.5.2截止式衰減器216

5.5.3旋轉極化式衰減器217

5.6模式抑制器218

5.7波導T形分支219

5.7.1E-T和H-T分支219

5.7.2無耗互易三連線埠網路的性質221

5.8微帶線功分器與合成器223

5.9魔T225

5.9.1從波導雙T到魔T225

5.9.2魔T的套用227

5.10定向耦合器的機理、技術指標和分析方法231

5.10.1定向耦合器的簡單機理231

5.10.2定向耦合器的技術指標233

5.10.3對稱理想定向耦合器的散射矩陣233

5.10.4套用奇偶模理論分析定向耦合器234

5.11微帶線定向耦合器239

5.11.1微帶耦合線定向耦合器239

5.11.2微帶分支線定向耦合器241

5.11.3變阻的微帶分支線定向耦合器244

5.11.4微帶環形定向耦合器248

5.12圓極化器251

5.13旋轉對稱五連線埠結253

5.14六連線埠結及其套用255

5.15鐵氧體器件257

5.15.1鐵氧體的張量導磁率257

5.15.2鐵氧體的標量導磁率258

5.15.3矩形波導場移式隔離器259

5.15.4矩形波導諧振式隔離器261

5.15.5對稱Y形環行器262

5.16諧振腔264

5.16.1諧振腔的基本參數264

5.16.2矩形腔266

5.16.3圓柱腔269

5.16.4同軸腔271

5.16.5微帶諧振腔273

5.16.6介質諧振腔274

5.16.7諧振腔的激勵耦合286

5.16.8腔體微擾與諧振頻率的變化288

5.17微波濾波器291

5.17.1微波濾波器的工作特性292

5.17.2低通原型濾波器295

5.17.3頻率變換301

5.17.4電感與電容的微波實現307

5.17.5微波低通濾波器313

5.17.6倒置變換器318

5.17.7變形低通原型320

5.17.8微波帶通濾波器321

5.17.9微波帶阻濾波器330

習題333

6有源微波電路336

6.1引言336

6.2微波電晶體放大器336

6.2.1微波電晶體337

6.2.2微波電晶體放大器的增益347

6.2.3微波電晶體放大器的穩定性348

6.2.4微波電晶體放大器的噪聲係數353

6.2.5微波低噪聲放大器設計356

6.2.6微波功率放大器358

6.3微波混頻器360

6.3.1肖特基勢壘二極體360

6.3.2非線性電導混頻的機理363

6.3.3混頻器電路365

6.3.4混頻器的噪聲係數369

6.3.5接收機噪聲係數371

6.4微波振盪器373

6.4.1微波振盪器的種類與特性373

6.4.2微波電晶體振盪器374

6.4.3雪崩二極體振盪器377

6.4.4體效應二極體振盪器381

習題384

7天線386

7.1引言386

7.2輻射場387

7.2.1電流源和磁流源的矢量位387

7.2.2電偶極子輻射場390

7.3天線的基本參數（一）392

7.3.1輻射方向圖392

7.3.2天線立體角395

7.3.3方向性396

7.3.4增益397

7.3.5天線的極化398

7.3.6天線的輸入阻抗400

7.4天線的基本參數（二）401

7.4.1天線的互易性401

7.4.2極化損失因子402

7.4.3天線有效面積404

7.4.4天線有效面積與天線方向性的關係405

7.4.5天線的噪聲溫度406

7.5振子天線410

7.5.1對稱振子410

7.5.2摺疊振子412

7.5.3對稱轉換器413

7.6陣列天線415

7.6.1二元陣415

7.6.2N元線陣417

7.6.3自阻抗與互阻抗418

7.7口面天線419

7.7.1口面天線輻射場的計算方法419

7.7.2口面天線輻射場計算舉例421

7.8拋物面天線425

7.8.1旋轉拋物面天線426

7.8.2卡塞格倫天線428

習題430

8電波傳播432

8.1引言432

8.2地球及其近地空間432

8.3電波傳播的各種方式434

8.4自由空間傳輸損失436

8.5對流層對微波傳播的影響437

8.5.1對流層的參數和標準大氣437

8.5.2對流層對微波的折射438

8.5.3大氣對微波的衰減441

8.5.4降水的退極化效應442

8.6電波傳播的菲涅耳區443

8.6.1惠更斯\|菲涅耳原理443

8.6.2自由空間的菲涅耳區446

8.7地面對微波傳播的影響448

8.7.1視線距離448

8.7.2平地面的菲涅耳區449

8.7.3地面的反射和散射449

8.7.4考慮地面影響的路徑損失449

8.8電離層中的電波傳播450

目錄ⅩⅦ

9微波工程系統453

9.1引言453

9.2衛星通信的微波子系統453

9.2.1衛星通信微波子系統框圖453

9.2.2衛星通信線路增益損耗圖454

9.2.3衛星通信信噪比458

9.2.4衛星天線459

9.2.5地球站天線系統460

習題461

附錄462

附錄Ⅰ物理常數462

附錄Ⅱ矢量微分運算元462

Ⅱ.1直角坐標462

Ⅱ.2圓柱坐標463

Ⅱ.3球坐標463

附錄Ⅲ矢量恆等式463

Ⅲ.1加法和乘法463

Ⅲ.2微分464

Ⅲ.3積分464

附錄Ⅳ常用同軸射頻電纜465

附錄Ⅴ矩形與扁矩形波導465

附錄Ⅵ半導體材料466

Ⅵ.1能帶論和晶體466

Ⅵ.2費米能級470

Ⅵ.3本徵半導體和摻雜半導體471

Ⅵ.4漂移電流473

參考文獻474