計(jì)算機(jī)組成基礎(chǔ)

前言

序言近20年里，計(jì)算機(jī)學(xué)科有r很大的發(fā)展，人們普遍認(rèn)為，“計(jì)算機(jī)科學(xué)”這個(gè)名字已經(jīng)難以涵蓋該學(xué)科的內(nèi)容，因此，改稱其為計(jì)算學(xué)科（Computing Discipline）。在我國本科教育中，1996年以前曾經(jīng)有計(jì)算機(jī)軟件專業(yè)和計(jì)算機(jī)及應(yīng)用專業(yè)，之后被合并為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。2004年以來，教育部計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會根據(jù)我國計(jì)算機(jī)專業(yè)教育和計(jì)算學(xué)科的現(xiàn)狀，為更好地滿足社會對計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的需求，發(fā)布了《高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范（試行）》（以下簡稱《規(guī)范》），提出在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)名稱之下，構(gòu)建計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)工程、軟件工程和信息技術(shù)四大專業(yè)方向?！兑?guī)范》中四大專業(yè)方向的分類，在于鼓勵(lì)辦學(xué)單位根據(jù)自己的情況設(shè)定不同的培養(yǎng)方案，以培養(yǎng)更具針對性和特色的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才。為配合《規(guī)范》的實(shí)施，落實(shí)中央“提高高等教育質(zhì)量”的精神，我們規(guī)劃了“面向計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)規(guī)范系列教材”。本系列教材面向全新的計(jì)算學(xué)科，針對我國高等院校逐步向新的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系過渡的趨勢編寫，在知識選擇、內(nèi)容組織和教學(xué)方法等方面滿足《規(guī)范》的要求，并與國際接軌。本套教材具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）體現(xiàn)《規(guī)范》的基本思想，滿足其課程要求。為使教材符合我國高等院校的教學(xué)實(shí)際，編委會根據(jù)《規(guī)范》的要求規(guī)劃本套教材，廣泛征集在國內(nèi)知名高校中從事一線教學(xué)和科研工作、經(jīng)驗(yàn)豐富的優(yōu)秀教師承擔(dān)編寫任務(wù)。（2）圍繞“提高教育質(zhì)量”的宗旨開發(fā)教材。為了確保“精品”，本系列教材的出版不走盲目擴(kuò)大的路子，每本教材的選題都將由編委會集體論證，并由一名編委擔(dān)任責(zé)任編委，最大程度地保證這套教材的編寫水準(zhǔn)和出版質(zhì)量。（3）教材內(nèi)容的組織科學(xué)、合理。體系得當(dāng)。本套教材的編寫注重研究學(xué)科的新發(fā)展和新成果，能夠根據(jù)不同類型人才培養(yǎng)需求，合理地進(jìn)行內(nèi)容取舍、組織和敘述，還精心設(shè)計(jì)了配套的實(shí)驗(yàn)體系和練習(xí)體系。（4）教材風(fēng)格鮮明。本套教材按4個(gè)專業(yè)方向統(tǒng)一規(guī)劃，分批組織，陸續(xù)出版。教材的編寫體現(xiàn)了現(xiàn)代教育理念，探討先進(jìn)的教學(xué)方法。（5）開展教材立體化建設(shè)。根據(jù)需要配合主教材的建設(shè)適時(shí)開發(fā)實(shí)驗(yàn)教材、教師參考書、學(xué)生參考書、電子參考資料等教輔資源，為教學(xué)實(shí)現(xiàn)多方位服務(wù)。我們衷心希望本系列教材能夠?yàn)槲覈叩仍盒Ｓ?jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的教學(xué)作出貢獻(xiàn)，歡迎廣大讀者廣為選用。

內(nèi)容概要

《計(jì)算機(jī)組成基礎(chǔ)》系統(tǒng)地介紹了計(jì)算機(jī)的基本組成原理和內(nèi)部工作機(jī)制。內(nèi)容主要包括：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論、運(yùn)算基礎(chǔ)、數(shù)值的機(jī)器運(yùn)算、存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、中央處理器、I／O接口、外圍設(shè)備和總線?！队?jì)算機(jī)組成基礎(chǔ)》內(nèi)容全面、概念清楚、語言通俗易懂，并且具有實(shí)用性和先進(jìn)性。書中各章都列舉一些例題幫助讀者進(jìn)一步理解和掌握基本概念及各部件的工作原理，而且每章后都附有適量的習(xí)題?！睹嫦蛴?jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)規(guī)范系列教材：計(jì)算機(jī)組成基礎(chǔ)》適合作為高等學(xué)校工程碩士及相關(guān)層次學(xué)生的教材，也可供從事計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員參考。

作者簡介

　　孫德文，1962年畢業(yè)于上海交通大學(xué)無線電系，畢業(yè)后留校任教，從事模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)組成、微型計(jì)算機(jī)原理和接口技術(shù)等課程的教學(xué)工作。他曾獲全國教學(xué)成果二等獎(jiǎng)和寶鋼優(yōu)秀教師獎(jiǎng)，編寫并出版《微機(jī)系統(tǒng)硬件教程》、《微型計(jì)算機(jī)軟硬件實(shí)用技術(shù)》、《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》、《微型計(jì)算機(jī)及其接口技術(shù)》、《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)》和《計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)（上、下冊）》等十余種教材。

書籍目錄

出版者的話序言前言教學(xué)建議第1章　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展簡史1.1.1 計(jì)算機(jī)1.1.2 電子計(jì)算機(jī)1.2 電子計(jì)算機(jī)硬件的主要組成部分1.2.1 運(yùn)算器1.2.2 控制器1.2.3 存儲器1.2.4 輸入設(shè)備1.2.5 輸出設(shè)備1.3 電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)1.3.1 字長1.3.2 運(yùn)算速度1.3.3 存儲容量1.3.4 主頻1.4 軟件概述1.4.1 軟件及其分類1.4.2 對“軟件”的完整理解1.4.3 語言處理程序1.5 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)1.6 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1.6.1 數(shù)值計(jì)算1.6.2 數(shù)據(jù)處理1.6.3 計(jì)算機(jī)控制1.6.4 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造1.6.5 人工智能第2章　運(yùn)算基礎(chǔ)——數(shù)值的機(jī)器級表示2.1 數(shù)制2.1.1 十進(jìn)制數(shù)制2.1.2 二進(jìn)制數(shù)制2.1.3 二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換2.1.4 十六進(jìn)制數(shù)制2.2 機(jī)器數(shù)與真值——帶符號數(shù)與不帶符號數(shù)的表示2.2.1 機(jī)器數(shù)與真值2.2.2 帶符號數(shù)的表示法2.3 定點(diǎn)表示法與浮點(diǎn)表示法2.3.1 定點(diǎn)表示法2.3.2 浮點(diǎn)表示法2.4 字符與字符串的表示2.4.1 二進(jìn)制信息編碼2.4.2 ASCII碼2.5 漢字編碼2.5.1 漢字的輸入編碼2.5.2 國標(biāo)碼與漢字機(jī)內(nèi)碼2.5.3 漢字字模碼2.6 校驗(yàn)碼2.6.1 概述——幾個(gè)基本概念2.6.2 奇偶校驗(yàn)碼2.6.3 循環(huán)冗余校驗(yàn)碼第3章　數(shù)值的機(jī)器運(yùn)算3.1 定點(diǎn)數(shù)的加、減法運(yùn)算和加、減法電路的實(shí)現(xiàn)3.1.1 定點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算3.1.2 從半加器到算術(shù)邏輯部件ALU3.2 定點(diǎn)數(shù)的乘、除法運(yùn)算和乘、除法電路的實(shí)現(xiàn)3.2.1 定點(diǎn)數(shù)的乘法運(yùn)算和乘法電路的實(shí)現(xiàn)3.2.2 定點(diǎn)數(shù)的除法運(yùn)算和除法電路的實(shí)現(xiàn)3.3 邏輯運(yùn)算3.3.1 “與”、“或”和“非”運(yùn)算3.3.2 “異或”運(yùn)算3.4 定點(diǎn)運(yùn)算器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理3.4.1 移位電路3.4.2 定點(diǎn)運(yùn)算的主要組成3.5 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算器的實(shí)現(xiàn)3.5.1 二進(jìn)制數(shù)的浮點(diǎn)表示法3.5.2 二進(jìn)制數(shù)的浮點(diǎn)運(yùn)算3.5.3 浮點(diǎn)運(yùn)算器的基本結(jié)構(gòu)第4章　存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)4.1 存儲系統(tǒng)的組成4.1.1 存儲器的分類4.1.2 主存4.1.3 輔存4.2 主存的組織與操作4.2.1 半導(dǎo)體存儲器的基本結(jié)構(gòu)4.2.2 存儲器中的數(shù)據(jù)組織4.2.3 半導(dǎo)體存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)4.2.4 半導(dǎo)體存儲器芯片的發(fā)展4.2.5 主存儲器的組織4.2.6 多體交叉存儲技術(shù)4.3 存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)4.4 高速緩沖存儲器4.4.1 Cache的工作原理4.4.2 主存與Cache之間的地址映像4.4.3 直接映像4.4.4 全相聯(lián)映像4.4.5 組相聯(lián)映像4.4.6 替換策略和更新策略4.5 虛擬存儲器4.5.1 虛擬存儲器的基本概念4.5.2 頁式虛擬存儲器4.5.3 段式虛擬存儲器4.5.4 段頁式虛擬存儲器4.5.5 快表技術(shù)第5章　指令系統(tǒng)5.1 指令與指令系統(tǒng)5.1.1 指令格式5.1.2 尋址方式5.2 介紹兩類指令系統(tǒng)5.2.1 80X86系列指令系統(tǒng)5.2.2 MIPS處理器指令系統(tǒng)5.3 指令流程5.3.1 指令執(zhí)行過程5.3.2 3種周期5.3.3 兩種典型的CPI結(jié)構(gòu)類型5.3.4 指令流程舉例1——單總線結(jié)構(gòu)CPU5.3.5 指令流程舉例2——專用通路結(jié)構(gòu)CPU第6章　中央處理器6.1 中央處理器的功能與組成6.1.1 中央處理器的組成6.1.2 中央處理器的功能6.1.3 控制器的組成6.2 硬連線控制器6.2.1 硬連線控制器概述6.2.2 硬連線控制器的結(jié)構(gòu)6.2.3 硬連線控制器的設(shè)計(jì)步驟6.3 微程序控制器6.3.1 微程序控制器概述6.3.2 微程序控制器的基本結(jié)構(gòu)6.3.3 微程序設(shè)計(jì)技術(shù)6.4 中斷與異常處理6.4.1 中斷與異常的定義6.4.2 中斷處理過程6.4.3 中斷優(yōu)先級6.4.4 中斷的嵌套6.5 中央處理器中流水線技術(shù)的基本概念6.5.1 并行性的概念6.5.2 指令的3種解釋方式6.5.3 流水線技術(shù)的特點(diǎn)6.5.4 流水線中的相關(guān)性6.5.5 流水線的性能指標(biāo)6.5.6 流水線實(shí)例簡介—一MIPS R4000第7章　I/O接口與外圍設(shè)備7.1 常用輸入設(shè)備和輸出設(shè)備7.1.1 鍵盤7.1.2 鼠標(biāo)7.1.3 掃描儀7.1.4 打印機(jī)7.1.5 顯示器7.2 外存儲器7.2.1 磁盤存儲器7.2.2 磁帶存儲器7.2.3 光盤存儲器7.2.4 U盤存儲器7.3 外圍設(shè)備與主機(jī)的定時(shí)方式和信息交換方式7.3.1 程序控制傳送方式7.3.2 DMA傳送方式7.3.3 通道傳送方式7.4 圖形用戶界面7.4.1 人機(jī)交互技術(shù)7.4.2 圖形用戶界面概述第8章　總線8.1 總線概述8.1.1 總線和總線標(biāo)準(zhǔn)8.1.2 總線的分類8.2 總線通信協(xié)議、總線仲裁和總線負(fù)載能力8.2.1 總線傳輸周期8.2.2 總線通信協(xié)議8.2.3 總線仲裁8.2.4 總線的負(fù)載能力8.3 實(shí)用總線標(biāo)準(zhǔn)8.3.1 PCI總線8.3.2 RS-232C總線8.3.3 IEEE-488總線8.3.4 IDE/ATA總線8.3.5 SCSI總線8.3.6 USB總線8.3.7 IEEE 1394總線參考文獻(xiàn)

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