第1章 计算机系统概述
1.1　计算机系统的基本组成 1
1.1.1 冯?诺依曼结构的计算机组成 1
1.1.2 哈佛结构的计算机组成 2
1.1.3 微型计算机的硬件组成 3
1.1.4 计算机系统的层次结构 7
1.1.5 计算机系统的性能指标 9
1.2　计算机系统结构、组成与实现 11
1.2.1 计算机系统结构、组成与实现的定义与内涵 11
1.2.2 计算机系统结构、组成 与实现三者的相互影响 12
1.3　计算机系统结构设计 13
1.3.1 计算机系统的设计思路 13
1.3.2 软硬件取舍的基本原则 14
1.3.3 影响计算机系统结构设计的主要因素 15
1.4　计算机系统结构的分类及其发展 19
1.4.1 并行性的概念 19
1.4.2 并行处理系统与多机系统 21
1.4.3 计算机系统结构的分类 22
1.4.4 计算机系统结构的未来发展 22
习题1 24
实验1 Logisim逻辑电路设计体验 26
第2章 运算方法与运算器
2.1　计算机中的数据表示 30
2.1.1 计算机中常用数制 30
2.1.2 非数值型数据的表示 31
2.1.3 带符号数的表示 33
2.1.4 定点数和浮点数 36
2.2　定点数的加、减法运算 39
2.2.1 补码加、减法运算方法 39
2.2.2 溢出判断与移位 40
2.3　定点数的乘、除法运算 43
2.3.1 原码一位乘法 43
2.3.2 补码一位乘法 45
2.3.3 原码一位除法 46
2.3.4 补码一位除法 49
2.4　浮点运算介绍 51
2.4.1 浮点数的加、减法运算 51
2.4.2 浮点数的乘、除法运算 52
2.5　运算器的组成与结构 53
2.5.1 加法器 53
2.5.2 算术逻辑部件 56
2.5.3 定点运算器 58
2.5.4 浮点运算器 60
习题2 61
实验2-1 加法器的电路设计与实现 63
实验2-2 运算器原型的设计与实现 66
第3章 寻址方式与指令系统
3.1　指令与指令系统设计 75
3.1.1 指令格式 75
3.1.2 指令字长 76
3.1.3 指令的地址码 78
3.1.4 指令的操作码 80
3.1.5 指令系统设计 82
3.2　寻址方式 83
3.2.1 指令寻址方式 83
3.2.2 操作数寻址方式 84
3.3　指令类型 91
3.3.1 数据传送指令 91
3.3.2 算术逻辑运算指令 93
3.3.3 程序控制指令 94
3.3.4 输入输出指令 96
3.3.5 串操作类指令 97
3.3.6 其他指令 97
3.4　CISC与RISC 98
3.4.1 按CISC方向发展与改进指令系统 98
3.4.2 按RISC方向发展与改进指令系统 101
3.4.3 Intel 80x86指令集的发展 104
习题3 106
实验3 汇编语言编程入门 111
第4章 主存储器
4.1　主存储器概述 114
4.1.1 主存储器的分类 114
4.1.2 主存储器的性能指标 116
4.1.3 DDR技术的发展 118
4.2　双极型存储单元与芯片 118
4.2.1 双极型存储单元 118
4.2.2 双极型存储芯片 120
4.3　静态MOS存储单元与芯片 122
4.3.1 静态MOS存储单元 122
4.3.2 静态MOS存储芯片 123
4.4　动态MOS存储单元与芯片 126
4.4.1 四管动态MOS存储单元电路结构 126
4.4.2 单管动态MOS存储单元电路结构 127
4.4.3 动态MOS存储器的刷新 128
4.4.4 动态MOS存储芯片 130
4.5　半导体只读存储器与芯片 132
4.5.1 MROM 133
4.5.2 PROM 133
4.5.3 EPROM 133
4.5.4 EEPROM 134
4.5.5 闪存 135
4.6　主存储器的设计与应用 135
4.6.1 设计主存储器时必须解决的问题 135
4.6.2 主存储器的扩展方法 137
4.6.3 主存储器与CPU的连接 139
习题4 143
实验4 存储器的扩展与应用 145
第5章 控制器
5.1　控制器的功能、组成及类型 149
5.1.1 控制器的功能 149
5.1.2 控制器的组成 149
5.1.3 控制器的类型 151
5.2　时序控制与信息传送 152
5.2.1 时序系统的组成 152
5.2.2 时序控制方式 153
5.2.3 数据通路结构 155
5.2.4 信息传送及其微命令设置 157
5.2.5 信息传送控制方式 159
5.3　指令的执行流程 161
5.3.1 指令执行的基本步骤 161
5.3.2 指令周期的设置 162
5.3.3 取指令周期的操作流程 163
5.3.4 指令执行流程设计举例 164
5.4　组合逻辑控制器 170
5.4.1 组合逻辑控制器的组成与运行原理 170
5.4.2 组合逻辑控制器的设计 171
5.4.3 组合逻辑控制器的时序系统 172
5.5　微程序控制器 173
5.5.1 微程序控制的基本原理 173
5.5.2 微指令的编码方式 175
5.5.3 微地址的形成方式 177
5.5.4 微指令格式设计 179
5.5.5 微程序设计 181
5.6　Intel CPU内部组成的发展 185
5.6.1 Intel 80386的内部组成 185
5.6.2 Intel Pentium的内部组成 186
5.6.3 Intel多核处理器的基本组成 187
习题5 190
实验5-1 控制器原型设计与实现 194
实验5-2 CPU原型设计与实现 199
第6章 存储器系统
6.1　存储器系统概述 204
6.1.1 存储器分类 204
6.1.2 存储器系统的分层结构 206
6.2　并行主存储器系统 207
6.2.1 单体多字方式的并行主存系统 208
6.2.2 多体交叉存取方式的并行主存系统 208
6.3　高速缓存 209
6.3.1 高速缓存的分级结构 209
6.3.2 高速缓存的工作原理 210
6.3.3 高速缓存与主存的地址映射 212
6.3.4 高速缓存的替换策略 215
6.3.5 高速缓存的写入策略 217
6.3.6 高速缓存的性能指标 219
6.4　虚拟存储器 219
6.4.1 虚拟存储器概述 220
6.4.2 页式虚拟存储器 221
6.4.3 段式虚拟存储器 222
6.4.4 段页式虚拟存储器 223
6.4.5 虚拟存储器的工作过程 224
6.5　辅助存储器 225
6.5.1 磁盘存储器分类 225
6.5.2 磁盘的结构与原理 225
6.5.3 磁盘性能指标 230
习题6 231
实验6 课程综合设计实验 233
第7章 系统总线
7.1　总线概述 235
7.1.1 总线的功能 235
7.1.2 总线的分类 236
7.1.3 总线的性能指标 237
7.2　系统总线的设计 237
7.2.1 系统总线的带宽 238
7.2.2 系统总线的结构 238
7.2.3 系统总线的时序控制 241
7.2.4 总线的仲裁 242
7.3　微型计算机的系统总线 243
7.3.1 微型计算机的前端总线 243
7.3.2 微型计算机的PCI总线 244
习题7 246
第8章 I/O接口
8.1　I/O接口概述 248
8.1.1 I/O接口的基本功能 248
8.1.2 I/O接口的分类 249
8.1.3 I/O接口技术的发展 250
8.2　I/O接口与程序查询方式 251
8.2.1 程序查询的基本思想 251
8.2.2 程序查询的工作流程 252
8.3　I/O接口与中断方式 253
8.3.1 中断方式概述 253
8.3.2 中断请求 255
8.3.3 中断判优逻辑的设计原则与实现方法 257
8.3.4 中断响应与中断处理 259
8.3.5 中断接口的组成 263
8.3.6 中断控制器举例—— Intel 8259 266
8.3.7 中断接口举例——Intel 8255和Intel 8250 269
8.4　I/O接口与DMA方式 272
8.4.1 DMA方式的概念 272
8.4.2 DMA传送方式与过程 273
8.4.3 DMA的硬件组织 274
8.4.4 DMA控制器的设计模式 275
8.4.5 DMA控制器举例——Intel 8237 279
8.4.6 DMA接口在磁盘系统中的应用 283
8.5　I/O接口与通道方式 288
8.5.1 通道概述 288
8.5.2 通道的类型 289
8.5.3 通道的工作过程 290
习题8 292
第9章 流水线技术
9.1　流水线工作原理 294
9.1.1 指令解释的一次重叠方式 294
9.1.2 指令解释的流水线方式 296
9.1.3 流水线的分类 298
9.1.4 流水线性能分析 301
9.2　流水线的相关问题及其处理 304
9.2.1 流水线的相关问题 304
9.2.2 流水线的相关性处理 306
9.2.3 非线性流水线的调度 307
9.3　流水线的冲突问题及其处理 310
9.3.1 流水线的冲突类型 311
9.3.2 流水线的冲突解决办法 312
9.4　向量流水线处理机 313
9.4.1 向量流水线处理机的结构 313
9.4.2 向量流水线处理机的性能指标 315
9.5　超标量与超流水线处理机 316
9.5.1 超标量处理机 316
9.5.2 超流水线处理机 316
习题9 317
第10章 多处理机技术
10.1　阵列处理机 319
10.1.1 阵列处理机的结构 319
10.1.2 阵列处理机的特点 321
10.1.3 互连网络及其实现 322
10.2　多处理机系统 325
10.2.1 多处理机系统的特点 325
10.2.2 多处理机系统的分类 326
习题10 329
参考文献 330