计算机组成基础

本书系统地介绍了计算机的基本组成原理和内部工作机制，内容主要包括：计算机系统概论、运算基础、数值的机器运算、存储系统和结构、指令系统、中央处理器、I/O接口、外围设备、总线和计算机硬件系统举例——PC主板和处理器芯片。书中各章都给出一些例题帮助读者进一步理解和掌握基本概念及各部件的工作原理，而且每章后都附有适量的习题。

第2版前言
第1版前言
教学建议
第1章  计算机系统概论1
1.1  计算机系统发展简史1
1.1.1  计算机1
1.1.2  电子计算机4
1.2  电子计算机硬件的主要组成部分9
1.2.1  运算器9
1.2.2  控制器10
1.2.3  存储器10
1.2.4  输入设备10
1.2.5  输出设备10
1.3  电子计算机系统的主要技术指标11
1.3.1  字长11
1.3.2  运算速度11
1.3.3  存储容量11
1.3.4  主频12
1.4  软件概述12
1.4.1  软件及其分类12
1.4.2  对“软件”的完整理解13
1.4.3  语言处理程序14
1.5  计算机系统层次结构16
1.6  计算机的应用18
1.6.1  数值计算18
1.6.2  数据处理 18
1.6.3  计算机控制18
1.6.4  计算机辅助设计/计算机辅助制造19
1.6.5  人工智能19
习题119
第2章  运算基础——数值的机器级表示20
2.1  数制20
2.1.1  十进制数制20
2.1.2  二进制数制21
2.1.3  二进制数与十进制数之间的转换22
2.1.4  十六进制数制23
2.2  机器数与真值——带符号数与不带符号数的表示25
2.2.1  机器数与真值25
2.2.2  带符号数的表示法25
2.3  定点表示法与浮点表示法28
2.3.1  定点表示法28
2.3.2  浮点表示法28
2.4  二进制信息编码29
2.4.1  BCD码（二十进制码）29
2.4.2  ASCII码30
2.5  汉字编码31
2.5.1  汉字的输入编码32
2.5.2  国标码与汉字机内码32
2.5.3  汉字字模码32
2.6  校验码32
2.6.1  几个基本概念32
2.6.2  奇偶校验码33
    *2.6.3  循环冗余校验码36
习题239
第3章  数值的机器运算40
3.1  定点数的加、减法运算和加、减法电路的实现40
3.1.1  定点数的加减运算40
3.1.2  从半加器到算术逻辑部件ALU43
  *3.2  定点数的乘、除法运算和乘、除法电路的实现51
3.2.1  定点数的乘法运算和乘法电路的实现51
3.2.2  定点数的除法运算和除法电路的实现58
3.3  逻辑运算63
3.3.1  “与”、“或”和“非”运算63
3.3.2  “异或”运算64
3.4  定点运算器的基本结构与工作原理65
3.4.1  移位电路66
3.4.2  定点运算的主要组成66
3.5  浮点数运算和浮点数运算器的实现67
3.5.1  二进制数的浮点运算67
3.5.2  浮点运算器的基本结构71
习题373
第4章  存储系统和结构76
4.1  存储系统的组成76
4.1.1  存储器的分类76
4.1.2  主存76
4.1.3  辅存78
4.2  主存的组织与操作78
4.2.1  半导体存储器的基本结构78
4.2.2  存储器中的数据组织79
4.2.3  半导体存储器的主要技术指标79
4.2.4  半导体存储器芯片的发展80
4.2.5  主存储器的组织82
4.2.6  多体交叉存储技术86
4.3  存储系统的层次结构87
4.4  高速缓冲存储器88
4.4.1  Cache的工作原理88
4.4.2  主存与Cache之间的地址映像89
4.4.3  直接映像90
4.4.4  全相联映像94
4.4.5  组相联映像97
4.4.6  替换策略和更新策略99
4.5  虚拟存储器101
4.5.1  虚拟存储器的基本概念101
4.5.2  页式虚拟存储器102
4.5.3  段式虚拟存储器103
4.5.4  段页式虚拟存储器104
4.5.5  快表技术105
习题4106
第5章  指令系统110
5.1  指令与指令系统110
5.1.1  指令格式110
5.1.2  寻址方式114
5.2  两类指令系统118
5.2.1  80X86系列处理器的指令系统118
5.2.2  MIPS处理器的指令系统120
5.3  指令流程123
5.3.1  指令执行过程123
5.3.2  3种周期124
5.3.3  两种典型的CPU结构类型124
5.3.4  指令流程举例1——单总线结构CPU128
5.3.5  指令流程举例2——专用通路结构CPU130
习题5133
第6章  中央处理器135
6.1  中央处理器的功能与组成135
6.1.1  中央处理器的组成135
6.1.2  中央处理器的功能136
6.1.3  控制器的组成136
6.2  硬连线控制器137
6.2.1  硬连线控制器概述137
6.2.2  硬连线控制器的结构138
6.2.3  硬连线控制器的设计步骤140
6.3  微程序控制器140
6.3.1  微程序控制器概述140
6.3.2  微程序控制器的基本结构141
6.3.3  微程序设计技术142
6.4  中断与异常处理148
6.4.1  中断与异常的定义148
6.4.2  中断处理过程149
6.4.3  中断优先级151
6.4.4  中断的嵌套154
6.5  中央处理器中流水线技术的基本概念154
6.5.1  并行性的概念154
6.5.2  指令的3种解释方式157
6.5.3  流水线技术的特点160
6.5.4  流水线中的相关性161
6.5.5  流水线的性能指标161
6.5.6  流水线举例——MIPS R4000163
习题6164
第7章  I/O接口与外围设备165
7.1  外围设备165
7.2  常用输入设备和输出设备165
7.2.1  键盘166
7.2.2  鼠标167
7.2.3  扫描仪168
7.2.4  触摸屏168
7.2.5  打印机169
7.2.6  显示器171
7.3  外存储器174
7.3.1  磁盘存储器174
7.3.2  磁带存储器177
7.3.3  RAID178
7.3.4  光盘存储器182
7.3.5  U盘存储器187
7.4  外围设备与主机的定时方式和信息交换方式188
7.4.1  程序控制传送方式188
7.4.2  DMA传送方式193
7.4.3  通道传送方式195
7.5  图形用户界面197
7.5.1  人机交互技术197
7.5.2  图形用户界面概述199
习题7204
第8章  总线206
8.1  总线概述206
8.1.1  总线和总线标准206
8.1.2  总线的分类207
8.2  总线通信协议、总线仲裁和总线负载能力209
8.2.1  总线传输周期209
8.2.2  总线通信协议209
8.2.3  总线仲裁211
8.2.4  总线负载能力213
8.3  实用总线标准214
8.3.1  PCI总线214
8.3.2  RS-232C总线223
8.3.3  IEEE-488总线226
8.3.4  IDE/ATA总线226
8.3.5  SCSI总线229
8.3.6  USB总线231
8.3.7  IEEE 1394总线236
习题8237
第9章  计算机硬件系统举例——PC主板和CPU238
9.1  PC主板238
9.1.1  主板概述239
9.1.2  主板上的插座和插槽240
9.1.3  主板的外设接口242
9.2  芯片组243
9.2.1  芯片组的功能243
9.2.2  南北桥结构与Hub结构244
9.3  从32位微处理器到多核处理器245
9.3.1  32位微处理器245
9.3.2  64位微处理器255
9.3.3  多核芯片258
习题9268
参考文献269