計算機組成原理(第4版)（簡體書）

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。主要內容分成兩個部分,由9章組成： 第1、2章介紹計算機的基礎知識；第3～9章介紹計算機的各子系統(包括運算器、存儲器、控制器、總線、外部設備和輸入輸出子系統等)的基本組成原理、設計方法、相互關係以及各子系統互相連接構成整機系統的技術。
本書講述了計算機的基本原理和基本概念，並注意與實用性和先進性相結合。全書內容由淺入深，通俗易懂，每章之後均附有習題，便於自學。
本書可以作為高等院校計算機及相關專業“計算機組成原理”課程的教材，也可供從事計算機工作的工程技術人員參考。

蔣本珊 北京理工大學計算機學院教授。畢業于西安交通大學計算機專業，獲得學士、碩士學位。研究方向：計算機系統結構，主要研究領域：嵌入式片上系統、軟硬件協同設計。主講“計算機組成原理”等課程三十餘年，具有豐富的教學經驗，多次獲得北京市和北京理工大學教學優秀成果獎，被評為校三育人和師德先進個人。正式出版教材和教學參考書二十餘本，其中4本被評為北京市精品教材，3本入選教育部普通高等教育 “十一五”國家級規劃教材，1本入選教育部普通高等教育“十二五”國家級規劃教材。主持和參與科研項目多項，主持教改立項多項。

目錄CONTENTS
第1章概論1
1.1電子計算機與存儲程序控制1
1.1.1電子計算機的發展1
1.1.2存儲程序概念2
1.2計算機的硬件組成3
1.2.1計算機的主要部件3
1.2.2計算機各大部件之間連接4
1.2.3不同對象觀察到的計算機硬件系統5
1.2.4馮·諾依曼結構和哈佛結構的存儲器設計思想7
1.3計算機系統9
1.3.1硬件與軟件的關係9
1.3.2系列機和軟件兼容9
1.3.3計算機系統的多層次結構10
1.3.4實際機器和虛擬機器11
1.4計算機的工作過程和主要性能指標11
1.4.1計算機的工作過程11
1.4.2計算機的主要性能指標12
習題14
第2章數據的機器層次表示15
2.1數值數據的表示15
2.1.1計算機中的數值數據15
2.1.2無符號數和帶符號數15
2.1.3原碼表示法16
2.1.4補碼表示法17
2.1.5反碼表示法18
2.1.63種機器數的比較與轉換19
2.2機器數的定點表示與浮點表示20
2.2.1定點表示法20
2.2.2浮點表示法22
2.2.3浮點數階碼的移碼表示法24
2.2.4浮點數尾數的基數25
2.2.5IEEE 754標準浮點數26
2.2.6定點、浮點表示法與定點、浮點計算機28
2.3非數值數據的表示29
2.3.1字符和字符串的表示29
2.3.2漢字的表示30
2.3.3統一代碼33
2.4十進制數和數串的表示34
2.4.1十進制數的編碼34
2.4.2十進制數串35
2.5不同類型的數據表示舉例36
2.5.1C語言中的數據表示36
2.5.2現代微型計算機系統中的數據表示38
2.6數據校驗碼39
2.6.1奇偶校驗碼40
2.6.2漢明校驗碼42
2.6.3循環冗餘校驗碼45
習題46
目錄計算機組成原理(第4版)第3章指令系統49
3.1指令格式49
3.1.1機器指令的基本格式49
3.1.2地址碼結構50
3.1.3指令的操作碼52
3.2尋址技術54
3.2.1編址方式54
3.2.2指令尋址和數據尋址55
3.2.3基本的數據尋址方式56
3.2.4變型或組合尋址方式61
3.3堆棧與堆棧操作63
3.3.1堆棧結構63
3.3.2堆棧操作65
3.4指令類型65
3.4.1數據傳送類指令65
3.4.2運算類指令66
3.4.3程序控制類指令67
3.4.4輸入輸出類指令69
3.4.580x86指令系統舉例70
3.5指令系統的發展72
3.5.1x86架構的擴展指令集72
3.5.2從複雜指令系統到精簡指令系統74
3.5.3VLIW和EPIC74
習題76
第4章數值的機器運算79
4.1基本算術運算的實現79
4.1.1加法器79
4.1.2進位的產生和傳遞80
4.1.3並行加法器的快速進位81
4.2定點加減運算83
4.2.1原碼加減運算83
4.2.2補碼加減運算84
4.2.3補碼的溢出判斷與檢測方法86
4.2.4補碼定點加減運算的實現88
4.3帶符號數的移位和舍入操作89
4.3.1帶符號數的移位操作89
4.3.2帶符號數的舍入操作90
4.4定點乘法運算91
4.4.1原碼一位乘法91
4.4.2補碼一位乘法93
4.4.3補碼兩位乘法96
4.4.4陣列乘法器98
4.5定點除法運算99
4.5.1原碼除法運算99
4.5.2補碼除法運算102
4.5.3陣列除法器105
4.6規格化浮點運算106
4.6.1浮點加減運算106
4.6.2浮點乘除運算108
4.6.3浮點運算器的實現110
4.7十進制整數的加法運算110
4.7.1一位十進制加法運算110
4.7.2十進制加法器112
4.7.3多位十進制加法113
4.8邏輯運算與實現114
4.9運算器的基本組成與實例115
4.9.1運算器結構115
4.9.2ALU舉例117
4.9.3浮點運算器舉例119
習題121
第5章存儲系統和結構123
5.1存儲系統的組成123
5.1.1存儲器分類123
5.1.2存儲系統層次結構125
5.2主存儲器的組織126
5.2.1主存儲器的基本結構126
5.2.2主存儲器的存儲單元127
5.2.3主存儲器的主要技術指標128
5.2.4數據在主存中的存放129
5.3半導體隨機存儲器和只讀存儲器130
5.3.1RAM記憶單元電路130
5.3.2動態RAM的刷新133
5.3.3RAM芯片分析135
5.3.4半導體只讀存儲器138
5.3.5半導體存儲器的封裝139
5.4主存儲器的連接與控制140
5.4.1主存容量的擴展140
5.4.2存儲芯片的地址分配和片選143
5.4.3主存儲器和CPU的連接145
5.4.4主存的校驗146
5.4.5PC系列微型計算機的存儲器接口147
5.5提高主存讀寫速度的技術150
5.5.1主存與CPU速度的匹配150
5.5.2FPM DRAM151
5.5.3EDO DRAM151
5.5.4SDRAM152
5.5.5DDR SDRAM152
5.5.6DDR2、DDR3、DDR4和DDR5 SDRAM153
5.5.7Rambus DRAM154
5.5.8多通道內存技術155
5.6多體交叉存儲技術156
5.6.1並行訪問存儲器156
5.6.2交叉訪問存儲器157
5.7高速緩沖存儲器158
5.7.1高速緩存工作原理158
5.7.2Cache的讀寫操作159
5.7.3地址映像159
5.7.4替換算法161
5.7.5更新策略161
5.7.6微機中Cache技術的實現162
5.8虛擬存儲器163
5.8.1虛擬存儲器的基本概念163
5.8.2頁式虛擬存儲器164
5.8.3段式虛擬存儲器164
5.8.4段頁式虛擬存儲器165
5.8.5快表與慢表166
習題166
第6章中央處理器169
6.1中央處理器的功能和組成169
6.1.1CPU的功能169
6.1.2CPU中的主要寄存器169
6.1.3CPU的組成171
6.1.4CPU的主要技術參數172
6.2控制器的組成和實現方法176
6.2.1控制器的基本組成176
6.2.2控制器的硬件實現方法177
6.3時序系統與控制方式178
6.3.1時序系統178
6.3.2控制方式180
6.3.3指令運行的基本過程181
6.3.4指令的微操作序列183
6.4微程序控制原理184
6.4.1微程序控制的基本概念185
6.4.2微指令編碼法186
6.4.3微程序控制器的組成和工作過程188
6.4.4微程序入口地址的形成189
6.4.5後繼微地址的形成190
6.4.6微程序設計191
6.5控制單元的設計193
6.5.1簡單的CPU模型193
6.5.2組合邏輯控制單元設計196
6.5.3微程序控制單元設計200
6.6流水線技術202
6.6.1重疊控制203
6.6.2先行控制原理204
6.6.3流水工作原理205
6.7精簡指令系統計算機207
6.7.1RISC的特點和優勢207
6.7.2RISC基本技術209
6.8微處理器中的新技術209
6.8.1超標量和超流水線技術209
6.8.2EPIC的指令級並行處理210
6.8.3超線程技術210
6.8.4雙核與多核技術211
6.8.5睿頻加速技術213
習題214
第7章總線217
7.1總線概述217
7.1.1總線的基本概念217
7.1.2總線的分類218
7.1.3總線的組成及性能指標219
7.2總線仲裁221
7.2.1集中仲裁方式221
7.2.2分佈仲裁方式223
7.3總線定時控制223
7.3.1同步定時方式223
7.3.2異步定時方式224
7.4總線標準224
7.4.1系統總線標準225
7.4.2外部總線標準227
習題230
第8章外部設備231
8.1外部設備概述231
8.1.1外部設備的分類231
8.1.2外部設備的地位和作用232
8.2磁介質存儲器的性能和原理233
8.2.1磁介質存儲器的讀寫233
8.2.2磁介質存儲器的技術指標234
8.2.3數字磁記錄方式235
8.2.4編碼方式的比較238
8.3磁介質存儲設備239
8.3.1硬盤存儲器的基本結構與分類239
8.3.2硬盤驅動器239
8.3.3硬盤的信息分佈和磁盤地址240
8.3.4硬盤存儲器的技術參數241
8.3.5硬盤的分區域記錄244
8.3.6硬盤的NCQ技術245
8.4磁盤陣列245
8.4.1RAID簡介245
8.4.2RAID的分級246
8.5光盤存儲器247
8.5.1光盤存儲器的類型248
8.5.2光盤存儲器的組成及工作原理248
8.5.3光盤驅動器252
8.6新型輔助存儲器253
8.6.1基於磁或磁光介質的可移動存儲器253
8.6.2基於電子器件的存儲器255
8.7鍵盤輸入設備258
8.7.1鍵開關與鍵盤類型258
8.7.2鍵盤掃描258
8.7.3微型計算機鍵盤260
8.8其他輸入設備262
8.8.1鼠標器262
8.8.2其他定位設備263
8.8.3掃描儀264
8.9打印輸出設備265
8.9.1打印機概述266
8.9.2打印機的主要性能指標266
8.9.3針式打印機工作原理267
8.9.4噴墨打印機工作原理269
8.9.5激光打印機工作原理270
8.10顯示設備271
8.10.1顯示器概述271
8.10.2CRT顯示器271
8.10.3字符顯示器的工作原理275
8.10.4圖形顯示器的工作原理277
8.10.5LCD顯示器279
8.10.6視頻顯示標準281
8.10.7微型計算機的顯示適配器282
習題283
第9章輸入輸出系統286
9.1主機與外設的連接286
9.1.1輸入輸出接口286
9.1.2接口的功能和基本組成287
9.1.3外設的識別與端口尋址289
9.1.4輸入輸出信息傳送控制方式290
9.2程序查詢方式及其接口291
9.2.1程序查詢方式292
9.2.2程序查詢方式接口293
9.3中斷系統和程序中斷方式295
9.3.1中斷的基本概念295
9.3.2中斷請求和中斷判優297
9.3.3中斷響應和中斷處理300
9.3.4多重中斷與中斷屏蔽303
9.3.5中斷全過程307
9.3.6程序中斷接口結構307
9.4DMA方式及其接口308
9.4.1DMA方式的基本概念308
9.4.2DMA接口310
9.4.3DMA傳送方法與傳送過程312
9.5通道控制方式314
9.5.1通道的基本概念314
9.5.2通道的類型與結構315
9.5.3通道程序317
9.5.4通道工作過程320
習題320
索引323
參考文獻333