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本書以當前主流微機技術為背景，全面介紹了計算機各功能子系統的邏輯結構、組成和工作機制。本書分為10 章。第 1 章概述了計算機的基本概念和計算機系統結構、組成與實現的關係，分析了影響系統結構設計的主要因素； 第 2 章以定點加、減、乘、除、移位運算邏輯以及溢出判斷邏輯為重點，深入討論運算器的設計與組織方法；第3 章介紹了指令系統及其設計方法；第4 章介紹了組合邏輯控制器和微程序控制器的組成和工作原理；第5 章著重討論了主存儲器的設計方法；第6 章介紹了存儲系統的結構；第7 章介紹了系統總線及其設計方法；第8 章主要介紹了I/O 接口的兩種工作方式，中斷方式和DMA 方式，討論了I/O 接口的組成結構與實現方法；第9 章著重討論了流水線技術， 同時介紹了向量流水處理機、超標量和超流水處理機的結構和特點；第 10 章介紹了陣列處理機和多處理機系統的結構和特點。
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第1章 計算機系統概述 1
1.1 計算機系統的組成及其層次結構 1
1.1.1 計算機系統的基本組成 1
1.1.2 計算機的硬件系統 2
1.1.3 計算機的軟件系統 7
1.1.4 計算機系統的層次結構 9
1.1.5 計算機系統的性能指標 10
1.2 計算機系統結構、組成與實現 12
1.2.1 計算機的系統結構、組成與實現的定義與內涵 12
1.2.2 計算機的系統結構、組成與實現三者的相互影響 13
1.3 計算機系統結構設計 14
1.3.1 計算機系統的設計思路 14
1.3.2 軟硬件取舍的基本原則 15
1.3.3 影響計算機系統結構設計的主要因素 16
1.4 計算機系統結構的分類及其發展 20
1.4.1 并行性的概念 20
1.4.2 并行處理系統與多機系統 22
1.4.3 計算機系統結構的分類 23
1.4.4 計算機系統結構的未來發展 24
1.5 本章小結 25
習題1 25
第2章 運算方法與運算器 29
2.1 計算機中的數據表示 29
2.1.1 計算機中常用數制 29
2.1.2 非數值型數據的表示 30
2.1.3 帶符號數的表示 32
2.1.4 定點數和浮點數 33
2.2 定點數加、減法運算 35
2.2.1 補碼定點加減運算方法 35
2.2.2 溢出判斷與移位 36
2.3 定點數乘、除法運算 39
2.3.1 原碼一位乘法 39
2.3.2 補碼一位乘法 41
2.3.3 原碼一位除法 42
2.3.4 補碼一位除法 45
2.4 浮點運算介紹 47
2.4.1 浮點數加減法 47
2.4.2 浮點數乘除法 48
2.5 運算器的組成與結構 49
2.5.1 加法器 49
2.5.2 算術邏輯單元 52
2.5.3 定點運算器 53
2.5.4 浮點運算器 56
2.6 本章小結 57
習題2 57
第3章 尋址方式與指令系統 60
3.1 指令格式與指令系統設計 60
3.1.1 指令格式 60
3.1.2 指令字長 61
3.1.3 指令的地址碼 63
3.1.4 指令的操作碼 65
3.1.5 指令系統設計 67
3.2 指令和數據的尋址方式 68
3.2.1 指令的尋址方式 68
3.2.2 操作數的尋址方式 69
3.3 指令類型 75
3.3.1 數據傳送類指令 75
3.3.2 算術邏輯運算類指令 76
3.3.3 程序控制類指令 76
3.3.4 輸入／輸出類指令 78
3.3.5 串操作類指令 78
3.3.6 其他指令 79
3.4 CISC與RISC 79
3.4.1 按CISC方向發展與改進指令系統 79
3.4.2 按RISC方向發展與改進指令系統 82
3.4.3 Intel80x86指令集的發展 85
3.5 本章小結 87
習題3 87
第4章 控制器 92
4.1 控制器的功能、組成及類型 92
4.1.1 控制器的功能 92
4.1.2 控制器的組成 93
4.1.3 控制器的類型 94
4.2 時序控制與信息傳送 95
4.2.1 時序系統的組成 95
4.2.2 時序控制方式 96
4.2.3 數據通路結構 98
4.2.4 信息傳送及其微命令設置 100
4.2.5 信息傳送控制方式 102
4.3 指令的執行流程 104
4.3.1 指令執行的基本步驟 104
4.3.2 指令周期的設置 104
4.3.3 取指令周期的操作流程 106
4.3.4 指令執行流程設計舉例 107
4.4 組合邏輯控制器 113
4.4.1 組合邏輯控制器的組成與運行原理 113
4.4.2 組合邏輯控制器的設計 114
4.4.3 組合邏輯控制器的時序系統 115
4.5 微程序控制器 116
4.5.1 微程序控制的基本原理 116
4.5.2 微指令的編碼方式 118
4.5.3 微地址的形成方式 119
4.5.4 微指令格式的設計 121
4.5.5 微程序設計 124
4.6 IntelCPU內部組成的發展 127
4.6.1 Intel8086的內部組成 127
4.6.2 Intel80286的內部組成 128
4.6.3 Intel80386的內部組成 129
4.6.4 Intel80486的內部組成 129
4.6.5 IntelPentium的內部組成 130
4.6.6 IntelPentium4的內部組成 131
4.7 本章小結 133
習題4 133
第5章 主存儲器 137
5.1 存儲器系統概述 138
5.1.1 存儲器的分類 138
5.1.2 存儲系統的層次結構 143
5.1.3 存儲器的性能指標 144
5.2 動態存儲單元與存儲芯片 148
5.2.1 動態MOS存儲單元 148
5.2.2 動態存儲器的刷新 151
5.2.3 DRAM動態存儲器芯片 152
5.3 半導體只讀存儲器與芯片 155
5.3.1 只讀存儲器的分類 155
5.3.2 E2PROM只讀存儲器 157
5.3.3 Flash只讀存儲器 157
5.4 主存儲器的設計與應用 158
5.4.1 主存儲器設計的基本原則 158
5.4.2 主存儲器的邏輯設計 160
5.4.3 主存儲器與CPU的連接 162
5.5 本章小結 166
習題5 166
第6章 存儲器的結構 169
6.1 并行主存儲器系統 170
6.1.1 單體多字方式的并行主存系統 170
6.1.2 多體交叉存取方式的并行主存系統 171
6.2 高速緩沖存儲器（Cache） 172
6.2.1 Cache的工作原理 172
6.2.2 Cache與主存儲器的地址映像 174
6.2.3 Cache的替換策略 177
6.2.4 Cache的性能與結構 179
6.3 虛擬存儲器 180
6.3.1 虛擬存儲器概述 180
6.3.2 頁式虛擬存儲器 182
6.3.3 段式虛擬存儲器 183
6.3.4 段頁式虛擬存儲器 183
6.3.5 虛擬存儲器的工作過程 184
6.4 輔助存儲器 185
6.4.1 磁盤存儲器分類 185
6.4.2 磁盤的結構與原理 186
6.4.3 磁盤性能指標 191
6.4.4 光盤 192
6.4.5 U盤 194
6.5 本章小結 196
習題6 196
第7章 系統總線 198
7.1 總線概述 198
7.1.1 總線的功能 198
7.1.2 系統總線的分類 199
7.1.3 總線的性能指標 200
7.2 系統總線的設計 201
7.2.1 系統總線的帶寬 201
7.2.2 系統總線的結構 201
7.2.3 系統總線的時序控制 204
7.2.4 總線的仲裁 205
7.3 微型計算機的系統總線 206
7.3.1 微型計算機的前端總線 206
7.3.2 微型計算機的PCI總線 207
7.4 本章小結 209
習題7 209
第8章 輸入／輸出子系統 211
8.1 I/O接口概述 211
8.1.1 I/O接口的基本功能 212
8.1.2 I/O接口的分類 212
8.1.3 I/O接口技術的發展 213
8.2 I/O接口與中斷方式 214
8.2.1 中斷方式概述 214
8.2.2 中斷請求 216
8.2.3 中斷判優邏輯的設計與實現 218
8.2.4 中斷響應與中斷處理 220
8.2.5 中斷接口的組成 224
8.2.6 中斷控制器舉例——Intel8259 227
8.2.7 中斷接口舉例——Intel8255和Intel8250 229
8.3 I/O接口與DMA方式 232
8.3.1 DMA方式的概念 232
8.3.2 DMA傳送方式與過程 233
8.3.3 DMA的硬件組織 234
8.3.4 DMA控制器的組成 235
8.3.5 DMA控制器舉例——Intel8237 238
8.3.6 DMA接口在磁盤系統中的應用 242
8.4 I/O接口與通道方式 246
8.4.1 通道的功能 246
8.4.2 通道的類型 248
8.4.3 通道的工作過程 249
8.5 本章小結 250
習題8 250
第9章 流水線技術 253
9.1 流水線的工作原理 253
9.1.1 指令解釋的一次重疊方式 253
9.1.2 指令解釋的流水方式 255
9.1.3 流水線的分類 258
9.1.4 流水線性能分析 260
9.2 流水線的相關性及其處理 262
9.2.1 流水線的相關性 262
9.2.2 流水線的相關性處理 265
9.2.3 非線性流水線的調度 265
9.3 向量流水處理機 269
9.3.1 向量流水處理機的結構 269
9.3.2 向量處理機的性能指標 270
9.4 超標量與超流水線處理機 271
9.4.1 超標量處理機 271
9.4.2 超流水線處理機 271
9.4.3 超標量流水技術的實例——IntelPentium 272
9.5 本章小結 276
習題9 276
第10章 多處理機技術 279
10.1 陣列處理機 279
10.1.1 陣列處理機的結構 279
10.1.2 陣列處理機的特點 282
10.1.3 互連網絡及其實現 282
10.2 多處理機系統 285
10.2.1 多處理機系統的特點 285
10.2.2 多處理機系統的分類 286
10.2.3 多處理機的操作系統 289
10.3 本章小結 289
習題10 290
參考文獻 292
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