計(jì)算機(jī)組成原理

前言

　　本書(shū)是在電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理課程組編寫(xiě)的“六五”、“八五”、“九五”等國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材和高等學(xué)校規(guī)劃教材的基礎(chǔ)上重新編寫(xiě)的。該書(shū)將模型化的思想覆蓋到整個(gè)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，以當(dāng)前主流微機(jī)為背景，系統(tǒng)地介紹計(jì)算機(jī)各功能子系統(tǒng)的邏輯組成和工作機(jī)制，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)級(jí)的整機(jī)概念，并注重基礎(chǔ)理論與先進(jìn)技術(shù)的融合。　　全書(shū)分為6章，按照自頂向下、由表及里的編寫(xiě)思路，在第一章首先給出模型化計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的總體框架，以后各章圍繞系統(tǒng)的總體框架，分別對(duì)信息的表示方法、CPU系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、輸入輸出設(shè)備、輸入輸出系統(tǒng)等進(jìn)行詳細(xì)討論。每章的小結(jié)部分歸納了本章的知識(shí)要點(diǎn)，思考與練習(xí)部分強(qiáng)調(diào)了本章的重點(diǎn)和難點(diǎn)?！　〉谝徽赂攀鲇?jì)算機(jī)的基本概念和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件、軟件組織，強(qiáng)調(diào)了計(jì)算機(jī)的兩個(gè)重要概念：信息表示的數(shù)字化和存儲(chǔ)程序的工作方式，介紹了模型機(jī)硬件系統(tǒng)的總體框架及其組成特點(diǎn)。第二章介紹數(shù)據(jù)信息和指令信息的表示方法，通過(guò)多個(gè)例子說(shuō)明信息的數(shù)字化表示在計(jì)算機(jī)中的具體體現(xiàn)。第三章介紹CPU系統(tǒng)，將CPU作為集成化整體，針對(duì)模型機(jī)系統(tǒng)總體框架，分別采用組合邏輯控制和微程序控制的設(shè)計(jì)思想，分析、設(shè)計(jì)了一個(gè)具有基本功能的CPU模型，并深入分析了模型機(jī)指令的執(zhí)行過(guò)程，以便建立CPU層次的整機(jī)概念。第四章介紹存儲(chǔ)系統(tǒng)，討論存儲(chǔ)原理和主存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)方法，介紹了在存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)中有關(guān)全譯碼、部分譯碼和線譯碼的知識(shí)；本章還介紹了提高存儲(chǔ)系統(tǒng)性能的一些主要措施，如高速緩存技術(shù)、虛擬存儲(chǔ)技術(shù)等。第五章介紹輸入輸出設(shè)備的工作原理及信息轉(zhuǎn)換過(guò)程，特別對(duì)當(dāng)前常用的鍵盤(pán)、CRT顯示器、液晶顯示器、激光打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、硬盤(pán)等輸入輸出設(shè)備的原理做了詳細(xì)介紹。第六章介紹輸入輸出系統(tǒng)，包括總線、接口的基本概念，強(qiáng)調(diào)中斷和DMA等重要的輸入輸出傳送控制機(jī)制，并詳細(xì)討論模型機(jī)的中斷傳送和DMA傳送。通過(guò)本章學(xué)習(xí)，旨在建立計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)層次的整機(jī)概念。

內(nèi)容概要

　　計(jì)算機(jī)組成原理》特色：——《計(jì)算機(jī)組成原理》將模型化覆蓋到整個(gè)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，并以當(dāng)前主流微機(jī)技術(shù)為背景，系統(tǒng)地介紹了計(jì)算機(jī)各功能子系統(tǒng)的邏輯組成和工作機(jī)制，更加強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)級(jí)的整機(jī)概念，同時(shí)注重基礎(chǔ)理論與先進(jìn)技術(shù)的融合，使得該書(shū)既符合計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展潮流，又具有專業(yè)基礎(chǔ)課的相對(duì)穩(wěn)定性。　　——《計(jì)算機(jī)組成原理》采用自頂向下、由表及里的方式組織內(nèi)容，即在第一章首先給出模型化計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的總體框架，以后各章圍繞系統(tǒng)的總體框架，分別對(duì)信息的表示方法、CPU系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、I／O設(shè)備、I／O系統(tǒng)等進(jìn)行詳細(xì)的討論?！　　队?jì)算機(jī)組成原理》內(nèi)容組織合理，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，知識(shí)點(diǎn)明確，對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)闡述透徹，可以作為高等院校計(jì)算機(jī)專業(yè)教材，也可作為相關(guān)工程技術(shù)人員的參考書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

　　羅克露，電子科技大學(xué)教授。1982年畢業(yè)于或都電訊工程學(xué)院計(jì)算機(jī)本科專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，1985-1989年公派在意大利羅馬大學(xué)信息與系統(tǒng)系、羅馬SIELTE通信公司計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)部研修多微處理機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)通信技術(shù)與CAD技術(shù)等。1989年至今，在電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院任教，曾任計(jì)算機(jī)系803教研室主任、計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)工程與技術(shù)系主任等職。主要研究方向?yàn)榍度胧綄?shí)時(shí)系統(tǒng)及應(yīng)用。主持教改、科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，發(fā)表教學(xué)、學(xué)術(shù)論文40余篇，擁有軟件著作權(quán)2項(xiàng)、專利1項(xiàng)。曾獲國(guó)家級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)、教育部科技進(jìn)步獎(jiǎng)教材類三等獎(jiǎng)、四川省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)、河南省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。

書(shū)籍目錄

第一章 概論1.1 計(jì)算機(jī)的基本概念1.1.1 計(jì)算機(jī)與馮·諾依曼體制1.1.2 信息的數(shù)字化表示1.1.3 存儲(chǔ)程序工作方式1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組織1.2.1 硬件系統(tǒng)1.2 ，2軟件系統(tǒng)1.2.3 系統(tǒng)組成的層次結(jié)構(gòu)1.3 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)與性能指標(biāo)1.3.1 計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)1.3.2 計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)1.4 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)模型1.4.1 模型機(jī)系統(tǒng)的總體框架1.4.2 模型機(jī)系統(tǒng)的組成特點(diǎn)本章小結(jié)思考與練習(xí)第二章 計(jì)算機(jī)中的信息表示方法2.1 數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示方法2.1.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制2.1.2 帶符號(hào)數(shù)的表示2.1.3 數(shù)的定點(diǎn)表示與浮點(diǎn)表不2.2 字符的表示方法2.2.1 ASCII碼2.2.2 漢字編碼簡(jiǎn)介2.3 指令信息的表示方法2.3.1 指令格式2.3.2 指令尋址方式2.3.3 指令類型2.3.4 指令系統(tǒng)舉例本章小結(jié)思考與練習(xí)第三章 CPU系統(tǒng)3.1 概述3.1.1 CPU的基本組成3.1.2 控制器分類3.1.3 時(shí)序控制方式3.1.4 CPU與外部的信息交換3.2 算術(shù)邏輯運(yùn)算部件3.2.1 加法單元3.2.2 并行加法器與進(jìn)位邏輯結(jié)構(gòu)3.2.3 多功能算術(shù)邏輯運(yùn)算部件3.2.4 運(yùn)算器組織3.3 運(yùn)算方法3.3.1 定點(diǎn)加減運(yùn)算3.3.2 定點(diǎn)乘法運(yùn)算3.3.3 定點(diǎn)除法運(yùn)算3.3.4 浮點(diǎn)四則運(yùn)算3.4 CPU模型3.4.1 CPU設(shè)計(jì)步驟3.4.2 模型機(jī)的指令系統(tǒng)3.4.3 模型機(jī)的組成與數(shù)據(jù)通路3.5 模型機(jī)的組合邏輯控制器3.5.1 組合邏輯控制器時(shí)序系統(tǒng)3.5.2 指令流程與操作時(shí)間表3.5.3 微命令的綜合與產(chǎn)生3.5.4 組合邏輯控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)3.6 模型機(jī)的微程序控制器3.6.1 微程序控制的基本原理3.6.2 微指令的編碼方式與微地址的形成方式3.6.3 模型機(jī)微指令格式3.6.4 模型機(jī)微程序設(shè)計(jì)3.7 典型CPU簡(jiǎn)介3.7.1 Intel 8086／80883.7.2 Intel 80386／804863.7.3 Pentium微處理器3.7.4 Alpha微處理器3.7.5 Cray-13.7.6 Transputer3.7.7 雙核處理器本章小結(jié)思考與練習(xí)第四章 存儲(chǔ)系統(tǒng)4.1 概述4.1.1 存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)4.1.2 存儲(chǔ)器的分類4.1.3 存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)4.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)原理及存儲(chǔ)芯片4.2.1 雙極型存儲(chǔ)單元與芯片4.2.2 靜態(tài)MOS存儲(chǔ)單元與芯片4.2.3 動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)單元與芯片4.2.4 半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器與芯片4.3 主存的組織4.3.1 主存設(shè)計(jì)的一般原則4.3.2 主存的邏輯設(shè)計(jì)4.3.3 主存與CPU、系統(tǒng)總線的連接4.3.4 主存芯片技術(shù)4.3.5 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的刷新4.3.6 主存儲(chǔ)器的校驗(yàn)4.4 磁表面存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)原理4.4.1 記錄介質(zhì)與磁頭4.4.2 讀寫(xiě)原理4.4.3 磁記錄方式4.4.4 磁表面存儲(chǔ)器的校驗(yàn)4.5 提高存儲(chǔ)系統(tǒng)性能的一些措施4.5.1 高速緩沖存儲(chǔ)器4.5.2 虛擬存儲(chǔ)器4.5.3 雙端口存儲(chǔ)器4.5.4 并行存儲(chǔ)器4.5.5 相聯(lián)存儲(chǔ)器本章小結(jié)思考與練習(xí)第五章 輸入輸出設(shè)備5.1 概述5.1.1 輸入輸出設(shè)備的一般功能5.1.2 輸入輸出設(shè)備的分類5.1.3 輸入輸出設(shè)備與主機(jī)系統(tǒng)間的信息交換5.2 鍵盤(pán)5.2.1 按鍵的結(jié)構(gòu)5.2.2 硬件掃描鍵盤(pán)5.2.3 軟件掃描鍵盤(pán)5.3 顯示設(shè)備5.3.1 概述5.3.2 顯示方式與顯示規(guī)格5.3.3 CRT顯示器顯示原理5.3.4 LCD顯示器顯示原理5.3.5 屏幕顯示與顯示緩存間的對(duì)應(yīng)關(guān)系5.4 打印設(shè)備5.4.1 概述5.4.2 打印機(jī)的相關(guān)性能指標(biāo)5.4.3 激光打印機(jī)5.4.4 噴墨打印機(jī)5.5 磁盤(pán)存儲(chǔ)器5.5.1 概述5.5.2 軟盤(pán)存儲(chǔ)器5.5.3 硬盤(pán)存儲(chǔ)器5.5.4 磁盤(pán)適配器5.6 光盤(pán)存儲(chǔ)器5.6.1 概述5.6.2 光盤(pán)的讀寫(xiě)原理5.6.3 光盤(pán)的特點(diǎn)5.6.4 光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器5.7 其他常用的輸入輸出設(shè)備5.7.1 光學(xué)字符識(shí)別設(shè)備5.7.2 圖形圖像輸入設(shè)備5.7.3 語(yǔ)音識(shí)別設(shè)備5.7.4 條形碼識(shí)別儀本章小結(jié)思考與練習(xí)第六章 輸入輸出系統(tǒng)6.1 概述6.1.1 I／O系統(tǒng)組成6.1.2 I／O接口邏輯6.1.3 I／O系統(tǒng)連接模式6.2 總線系統(tǒng)6.2.1 總線概述6.2.2 總線操作與控制6.2.3 總線設(shè)計(jì)要素6.2.4 PCI總線標(biāo)準(zhǔn)6.2.5 模型機(jī)系統(tǒng)總線的信號(hào)組成6.3 程序控制傳送與接口6.3.1 程序直接控制傳送6.3.2 程序查詢控制傳送6.4 中斷控制傳送與接口6.4.1 中斷概念6.4.2 中斷邏輯6.4.3 中斷判優(yōu)6.4.4 中斷處理6.4.5 模型機(jī)中斷接口與操作6.5 DMA控制傳送與接口6.5.1 DMA概念與原理6.5.2 DMA傳送操作方式6.5.3 模型機(jī)DMA傳送接口6.5.4 模型機(jī)DMA傳送過(guò)程本章小結(jié)思考與練習(xí)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1.1.2信息的數(shù)字化表示　　計(jì)算機(jī)是通過(guò)執(zhí)行程序（指令序列）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的加工處理的，因此計(jì)算機(jī)中的信息可以分為控制信息和數(shù)據(jù)信息兩大類?？刂菩畔⒂脕?lái)控制計(jì)算機(jī)的工作。例如，當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令時(shí)，用控制器產(chǎn)生的控制命令（稱為微命令）控制指令執(zhí)行有關(guān)操作，所以指令序列和微命令序列屬于控制信息類。數(shù)據(jù)信息是計(jì)算機(jī)加工處理的對(duì)象。計(jì)算機(jī)根據(jù)指令要求取出的操作數(shù)以及對(duì)操作數(shù)處理的結(jié)果等都屬于數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)信息又分為數(shù)值型數(shù)據(jù)和非數(shù)值型數(shù)據(jù)兩類。數(shù)值型數(shù)據(jù)有數(shù)值大小與正負(fù)之分，如6－15等。非數(shù)值型數(shù)據(jù)則無(wú)數(shù)值大小與正負(fù)之分，如字符、文字、圖像、聲音等人們能夠識(shí)別的信息，以及條件、狀態(tài)、命令等用于判定的邏輯信息。那么，在計(jì)算機(jī)中如何表示這些信息呢？　　計(jì)算機(jī)的主要部件是用邏輯電路構(gòu)成的，所以在電子數(shù)字計(jì)算機(jī)中傳送與處理的信息都采用數(shù)字化表示方法。信息的數(shù)字化表示包含兩層含義：①用數(shù)字代碼表示各種信息；②用數(shù)字信號(hào)表示數(shù)字代碼?！　∵@兩層含義實(shí)際上表明了計(jì)算機(jī)處理信息的步驟。其中，第一層含義從信息表示的角度闡述，它說(shuō)明各種信息必須表示為數(shù)字代碼形式才能被計(jì)算機(jī)識(shí)別；第二層含義從物理實(shí)現(xiàn)機(jī)制的角度闡述，它說(shuō)明數(shù)字代碼還要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)形式才能最終被計(jì)算機(jī)處理。信息表示數(shù)字化這一重要概念是理解計(jì)算機(jī)工作原理的一個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)。下面通過(guò)多個(gè)例子對(duì)這兩層含義加以說(shuō)明。　　1.在計(jì)算機(jī)中用數(shù)字代碼表示各種信息　　數(shù)字代碼是指一組數(shù)字的集合，這里的數(shù)字代碼通常指二進(jìn)制數(shù)字代碼?？梢园研枰枋龅男畔ⅲ愁惪刂菩畔⒒蚰愁悢?shù)據(jù)信息）用一組約定了含義的數(shù)字代碼來(lái)表示。

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