計算機組成基礎

前言

序言近20年里，計算機學科有r很大的發(fā)展，人們普遍認為，“計算機科學”這個名字已經難以涵蓋該學科的內容，因此，改稱其為計算學科（Computing Discipline）。在我國本科教育中，1996年以前曾經有計算機軟件專業(yè)和計算機及應用專業(yè)，之后被合并為計算機科學與技術專業(yè)。2004年以來，教育部計算機科學與技術專業(yè)教學指導分委員會根據我國計算機專業(yè)教育和計算學科的現狀，為更好地滿足社會對計算機專業(yè)人才的需求，發(fā)布了《高等學校計算機科學與技術專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范（試行）》（以下簡稱《規(guī)范》），提出在計算機科學與技術專業(yè)名稱之下，構建計算機科學、計算機工程、軟件工程和信息技術四大專業(yè)方向?！兑?guī)范》中四大專業(yè)方向的分類，在于鼓勵辦學單位根據自己的情況設定不同的培養(yǎng)方案，以培養(yǎng)更具針對性和特色的計算機專業(yè)人才。為配合《規(guī)范》的實施，落實中央“提高高等教育質量”的精神，我們規(guī)劃了“面向計算機科學與技術專業(yè)規(guī)范系列教材”。本系列教材面向全新的計算學科，針對我國高等院校逐步向新的計算機科學與技術專業(yè)課程體系過渡的趨勢編寫，在知識選擇、內容組織和教學方法等方面滿足《規(guī)范》的要求，并與國際接軌。本套教材具有以下幾個特點：（1）體現《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實際，編委會根據《規(guī)范》的要求規(guī)劃本套教材，廣泛征集在國內知名高校中從事一線教學和科研工作、經驗豐富的優(yōu)秀教師承擔編寫任務。（2）圍繞“提高教育質量”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，并由一名編委擔任責任編委，最大程度地保證這套教材的編寫水準和出版質量。（3）教材內容的組織科學、合理。體系得當。本套教材的編寫注重研究學科的新發(fā)展和新成果，能夠根據不同類型人才培養(yǎng)需求，合理地進行內容取舍、組織和敘述，還精心設計了配套的實驗體系和練習體系。（4）教材風格鮮明。本套教材按4個專業(yè)方向統(tǒng)一規(guī)劃，分批組織，陸續(xù)出版。教材的編寫體現了現代教育理念，探討先進的教學方法。（5）開展教材立體化建設。根據需要配合主教材的建設適時開發(fā)實驗教材、教師參考書、學生參考書、電子參考資料等教輔資源，為教學實現多方位服務。我們衷心希望本系列教材能夠為我國高等院校計算機科學與技術等專業(yè)的教學作出貢獻，歡迎廣大讀者廣為選用。

內容概要

《計算機組成基礎》系統(tǒng)地介紹了計算機的基本組成原理和內部工作機制。內容主要包括：計算機系統(tǒng)概論、運算基礎、數值的機器運算、存儲系統(tǒng)和結構、指令系統(tǒng)、中央處理器、I／O接口、外圍設備和總線?！队嬎銠C組成基礎》內容全面、概念清楚、語言通俗易懂，并且具有實用性和先進性。書中各章都列舉一些例題幫助讀者進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題。《面向計算機科學與技術專業(yè)規(guī)范系列教材：計算機組成基礎》適合作為高等學校工程碩士及相關層次學生的教材，也可供從事計算機專業(yè)的科技人員參考。

作者簡介

　　孫德文，1962年畢業(yè)于上海交通大學無線電系，畢業(yè)后留校任教，從事模擬電子技術、數字電子技術、計算機組成、微型計算機原理和接口技術等課程的教學工作。他曾獲全國教學成果二等獎和寶鋼優(yōu)秀教師獎，編寫并出版《微機系統(tǒng)硬件教程》、《微型計算機軟硬件實用技術》、《微型計算機原理及應用》、《微型計算機及其接口技術》、《微型計算機技術》和《計算機硬件技術（上、下冊）》等十余種教材。

書籍目錄

出版者的話序言前言教學建議第1章　計算機系統(tǒng)概論1.1 計算機系統(tǒng)發(fā)展簡史1.1.1 計算機1.1.2 電子計算機1.2 電子計算機硬件的主要組成部分1.2.1 運算器1.2.2 控制器1.2.3 存儲器1.2.4 輸入設備1.2.5 輸出設備1.3 電子計算機系統(tǒng)的主要技術指標1.3.1 字長1.3.2 運算速度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 計算機系統(tǒng)層次結構1.6 計算機的應用1.6.1 數值計算1.6.2 數據處理1.6.3 計算機控制1.6.4 計算機輔助設計/計算機輔助制造1.6.5 人工智能第2章　運算基礎——數值的機器級表示2.1 數制2.1.1 十進制數制2.1.2 二進制數制2.1.3 二進制數與十進制數之間的轉換2.1.4 十六進制數制2.2 機器數與真值——帶符號數與不帶符號數的表示2.2.1 機器數與真值2.2.2 帶符號數的表示法2.3 定點表示法與浮點表示法2.3.1 定點表示法2.3.2 浮點表示法2.4 字符與字符串的表示2.4.1 二進制信息編碼2.4.2 ASCII碼2.5 漢字編碼2.5.1 漢字的輸入編碼2.5.2 國標碼與漢字機內碼2.5.3 漢字字模碼2.6 校驗碼2.6.1 概述——幾個基本概念2.6.2 奇偶校驗碼2.6.3 循環(huán)冗余校驗碼第3章　數值的機器運算3.1 定點數的加、減法運算和加、減法電路的實現3.1.1 定點數的加減運算3.1.2 從半加器到算術邏輯部件ALU3.2 定點數的乘、除法運算和乘、除法電路的實現3.2.1 定點數的乘法運算和乘法電路的實現3.2.2 定點數的除法運算和除法電路的實現3.3 邏輯運算3.3.1 “與”、“或”和“非”運算3.3.2 “異或”運算3.4 定點運算器的基本結構與工作原理3.4.1 移位電路3.4.2 定點運算的主要組成3.5 浮點數運算和浮點數運算器的實現3.5.1 二進制數的浮點表示法3.5.2 二進制數的浮點運算3.5.3 浮點運算器的基本結構第4章　存儲系統(tǒng)和結構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 半導體存儲器的基本結構4.2.2 存儲器中的數據組織4.2.3 半導體存儲器的主要技術指標4.2.4 半導體存儲器芯片的發(fā)展4.2.5 主存儲器的組織4.2.6 多體交叉存儲技術4.3 存儲系統(tǒng)的層次結構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 全相聯映像4.4.5 組相聯映像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結構類型5.3.4 指令流程舉例1——單總線結構CPU5.3.5 指令流程舉例2——專用通路結構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 硬連線控制器的結構6.2.3 硬連線控制器的設計步驟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構6.3.3 微程序設計技術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 流水線技術的特點6.5.4 流水線中的相關性6.5.5 流水線的性能指標6.5.6 流水線實例簡介—一MIPS R4000第7章　I/O接口與外圍設備7.1 常用輸入設備和輸出設備7.1.1 鍵盤7.1.2 鼠標7.1.3 掃描儀7.1.4 打印機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 外圍設備與主機的定時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 人機交互技術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 總線和總線標準8.1.2 總線的分類8.2 總線通信協議、總線仲裁和總線負載能力8.2.1 總線傳輸周期8.2.2 總線通信協議8.2.3 總線仲裁8.2.4 總線的負載能力8.3 實用總線標準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

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