计算机组成原理(微课版)

本书将组成原理的众多知识点与编程结合起来，通过编程实现仿真实验进行形象的展示，配套资源丰富

本书系统介绍计算机的设计方法和运行方式。全书共9章。第1章为计算机系统概论，第2章介绍布尔代数与逻辑电路，第3章介绍数据表示，第4章介绍运算器，第5章介绍存储系统，第6章介绍指令系统，第7章介绍中央处理器，第8章介绍输入输出系统，第9章给出几个TD-CMA实验箱实验。
本书可作为应用型高校计算机专业的“计算机组成原理”课程教材，也可作为计算机领域开发应用人员的参考书。

第1章计算机系统概论1
1.1计算机的兴起1
1.2计算机的分类4
1.3计算机硬件5
1.3.1控制器6
1.3.2运算器8
1.3.3存储器8
1.3.4输入输出设备10
1.4计算机软件11
1.4.1系统软件11
1.4.2操作系统12
1.4.3应用软件12
1.4.4程序设计语言12
1.4.5数据库14
1.5计算机系统结构14
1.6计算机的性能指标15
1.7用Python搭建“计算机”17
1.7.1模拟计算机实验介绍17
1.7.2基于Python的仿真实验开发环境的搭建18
1.7.3创建第一个Python程序22
习题25
第2章布尔代数与逻辑电路26
2.1布尔代数26
2.1.1与逻辑27
2.1.2或逻辑28
2.1.3非逻辑28
2.2逻辑函数及其化简29
2.2.1逻辑函数292.2.2布尔表达式化简29
2.3基本逻辑电路32
2.3.1门电路32
2.3.2门电路的构造33
2.4门电路仿真实验38
习题39
第3章数据表示41
3.1进位记数制41
3.2进制转换43
3.3十进制数据编码45
3.4ASCII码46
3.5汉字编码47
3.6数据校检48
3.7偶校验码生成仿真实验51
习题52
第4章运算器53
4.1机器数与真值53
4.2机器数编码54
4.2.1定点数编码54
4.2.2浮点数编码59
4.3定点数加减法62
4.3.1补码的加减运算及溢出判断62
4.3.2溢出判断63
4.3.3移码的加减法运算及溢出判断64
4.4全加器与加法装置65
4.4.1一位半加器65
4.4.2一位全加器65
4.4.3加法装置66
4.4.4进位系统68
4.5定点数乘法69
4.5.1原码一位乘法69
4.5.2原码两位乘法71
4.6全加器仿真实验72
习题73
第5章存储系统75
5.1存储器75
5.1.1存储器分类75
5.1.2存储器的编址和端模式76
5.2存储系统概述77
5.2.1存储系统的层次结构77
5.2.2程序的局部性原理80
5.3静态随机存取存储器81
5.3.1SRAM的概念81
5.3.2基本的SRAM逻辑结构82
5.3.3SRAM读写时序83
5.4动态随机存取存储器83
5.4.1DRAM的概念83
5.4.2DRAM芯片的逻辑结构84
5.4.3DRAM读写时序84
5.4.4DRAM的刷新操作85
5.5只读存储器86
5.6半导体存储器的容量扩展88
5.6.1位扩展法88
5.6.2字扩展法89
5.6.3字位扩展法91
5.7高速缓冲存储器92
5.7.1Cache的基本原理93
5.7.2Cache的地址映射96
5.7.3Cache替换算法100
5.7.4Cache的写操作策略101
5.8虚拟存储器102
5.8.1虚拟存储器的基本概念102
5.8.2虚拟存储器的访问过程103
5.8.3Cache与虚拟存储器的异同103
5.8.4虚拟存储机制要解决的关键问题104
5.9辅助存储器104
5.9.1辅助存储器的种类104
5.9.2磁盘存储器的技术指标107
5.10Cache替换仿真实验108
习题109
第6章指令系统112
6.1指令的组成112
6.1.1指令介绍112
6.1.2操作码113
6.1.3地址码113
6.1.4指令助记符115
6.2寻址方式116
6.2.1寻址的概念116
6.2.2立即数寻址方式117
6.2.3寄存器寻址方式117
6.2.4直接寻址方式118
6.2.5间接寻址方式119
6.2.6基址寻址方式120
6.2.7变址寻址方式121
6.2.8相对寻址方式121
6.2.9堆栈寻址方式122
6.3指令格式设计124
6.3.1指令字长124
6.3.2操作码的编码方式124
6.3.3地址码的编码设计127
6.4复杂指令集和精简指令集128
6.4.1复杂指令集计算机128
6.4.2精简指令集计算机128
6.5指令寻址仿真实验129
习题131
第7章中央处理器134
7.1CPU的功能和组成134
7.1.1CPU的功能134
7.1.2CPU的基本组成134
7.1.3CPU中的主要寄存器136
7.1.4操作控制器与时序产生器137
7.2指令周期138
7.3时序信号产生器和控制方式139
7.3.1时序信号的作用和体制139
7.3.2时序信号产生器140
7.3.3控制方式143
7.4流水CPU144
7.4.1并行处理技术144
7.4.2流水CPU的结构144
7.4.3流水线中的主要问题147
7.5RISC CPU149
7.5.1RISC的特点149
7.5.2RISC CPU实例151
7.5.3动态流水线调度155
习题156
第8章输入输出系统157
8.1CPU与外设之间的信息交换方式157
8.1.1I/O接口与端口157
8.1.2I/O操作的一般过程158
8.1.3I/O接口与外设之间的数据传送方式159
8.1.4CPU与I/O接口之间的数据传送160
8.2程序查询方式162
8.3中断方式165
8.3.1中断的基本概念165
8.3.2中断服务程序入口地址的获取168
8.3.3中断方式的外设接口电路169
8.3.4单级中断170
8.3.5多级中断171
8.3.6Pentium CPU的中断机制175
8.4DMA方式177
8.4.1DMA的基本概念177
8.4.2DMA传送方式178
8.4.3基本的DMA控制器180
8.4.4选择型和多路型DMA控制器182
8.5通道方式185
8.5.1通道简介185
8.5.2通道的类型187
8.5.3通道结构的发展188
8.6通用I/O标准接口189
8.6.1并行I/O标准接口SCSI189
8.6.2串行I/O标准接口IEEE 1394190
8.6.3I/O系统设计193
习题194
第9章TD-CMA实验箱实验198
9.1TD-CMA实验箱简介198
9.1.1系统构成198
9.1.2硬件布局201
9.1.3系统的安装202
9.1.4软件操作说明203
9.2时序与操作台实验204
9.3读写控制逻辑实验205
9.4I/O设备控制实验206
9.5运算器实验208
9.5.1运算器实验一208
9.5.2运算器实验二211
9.6静态随机存储器实验212
9.6.1静态随机存储器实验一212
9.6.2静态随机存储器实验二214
9.7系统总线接口实验216
附录A各章习题参考答案220
参考文献227