計算機組成原理

前言

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

內(nèi)容概要

　　計算機組成原理》特色：——《計算機組成原理》將模型化覆蓋到整個計算機硬件系統(tǒng)，并以當(dāng)前主流微機技術(shù)為背景，系統(tǒng)地介紹了計算機各功能子系統(tǒng)的邏輯組成和工作機制，更加強調(diào)系統(tǒng)級的整機概念，同時注重基礎(chǔ)理論與先進技術(shù)的融合，使得該書既符合計算機技術(shù)的發(fā)展潮流，又具有專業(yè)基礎(chǔ)課的相對穩(wěn)定性?！　　队嬎銠C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算機硬件系統(tǒng)的總體框架，以后各章圍繞系統(tǒng)的總體框架，分別對信息的表示方法、CPU系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、I／O設(shè)備、I／O系統(tǒng)等進行詳細的討論?！　　队嬎銠C組成原理》內(nèi)容組織合理，結(jié)構(gòu)嚴謹，知識點明確，對重點和難點闡述透徹，可以作為高等院校計算機專業(yè)教材，也可作為相關(guān)工程技術(shù)人員的參考書。

作者簡介

　　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)院計算機本科專業(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通信公司計算機開發(fā)部研修多微處理機系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點通信技術(shù)與CAD技術(shù)等。1989年至今，在電子科技大學(xué)計算機學(xué)院任教，曾任計算機系803教研室主任、計算機學(xué)院計算機工程與技術(shù)系主任等職。主要研究方向為嵌入式實時系統(tǒng)及應(yīng)用。主持教改、科研項目20余項，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、專利1項。曾獲國家級教學(xué)成果二等獎、教育部科技進步獎教材類三等獎、四川省教學(xué)成果一等獎、河南省科技進步二等獎等多項獎勵。

書籍目錄

第一章 概論1.1 計算機的基本概念1.1.1 計算機與馮·諾依曼體制1.1.2 信息的數(shù)字化表示1.1.3 存儲程序工作方式1.2 計算機系統(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 計算機的特點與性能指標1.3.1 計算機的主要特點1.3.2 計算機的主要性能指標1.4 計算機硬件系統(tǒng)模型1.4.1 模型機系統(tǒng)的總體框架1.4.2 模型機系統(tǒng)的組成特點本章小結(jié)思考與練習(xí)第二章 計算機中的信息表示方法2.1 數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示方法2.1.1 進位計數(shù)制2.1.2 帶符號數(shù)的表示2.1.3 數(shù)的定點表示與浮點表不2.2 字符的表示方法2.2.1 ASCII碼2.2.2 漢字編碼簡介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)邏輯運算部件3.2.1 加法單元3.2.2 并行加法器與進位邏輯結(jié)構(gòu)3.2.3 多功能算術(shù)邏輯運算部件3.2.4 運算器組織3.3 運算方法3.3.1 定點加減運算3.3.2 定點乘法運算3.3.3 定點除法運算3.3.4 浮點四則運算3.4 CPU模型3.4.1 CPU設(shè)計步驟3.4.2 模型機的指令系統(tǒng)3.4.3 模型機的組成與數(shù)據(jù)通路3.5 模型機的組合邏輯控制器3.5.1 組合邏輯控制器時序系統(tǒng)3.5.2 指令流程與操作時間表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3.6 模型機的微程序控制器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 模型機微指令格式3.6.4 模型機微程序設(shè)計3.7 典型CPU簡介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 存儲系統(tǒng)4.1 概述4.1.1 存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)4.1.2 存儲器的分類4.1.3 存儲系統(tǒng)的主要性能指標4.2 半導(dǎo)體存儲原理及存儲芯片4.2.1 雙極型存儲單元與芯片4.2.2 靜態(tài)MOS存儲單元與芯片4.2.3 動態(tài)MOS存儲單元與芯片4.2.4 半導(dǎo)體只讀存儲器與芯片4.3 主存的組織4.3.1 主存設(shè)計的一般原則4.3.2 主存的邏輯設(shè)計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 動態(tài)存儲器的刷新4.3.6 主存儲器的校驗4.4 磁表面存儲器的存儲原理4.4.1 記錄介質(zhì)與磁頭4.4.2 讀寫原理4.4.3 磁記錄方式4.4.4 磁表面存儲器的校驗4.5 提高存儲系統(tǒng)性能的一些措施4.5.1 高速緩沖存儲器4.5.2 虛擬存儲器4.5.3 雙端口存儲器4.5.4 并行存儲器4.5.5 相聯(lián)存儲器本章小結(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)備與主機系統(tǒng)間的信息交換5.2 鍵盤5.2.1 按鍵的結(jié)構(gòu)5.2.2 硬件掃描鍵盤5.2.3 軟件掃描鍵盤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應(yīng)關(guān)系5.4 打印設(shè)備5.4.1 概述5.4.2 打印機的相關(guān)性能指標5.4.3 激光打印機5.4.4 噴墨打印機5.5 磁盤存儲器5.5.1 概述5.5.2 軟盤存儲器5.5.3 硬盤存儲器5.5.4 磁盤適配器5.6 光盤存儲器5.6.1 概述5.6.2 光盤的讀寫原理5.6.3 光盤的特點5.6.4 光盤驅(qū)動器5.7 其他常用的輸入輸出設(shè)備5.7.1 光學(xué)字符識別設(shè)備5.7.2 圖形圖像輸入設(shè)備5.7.3 語音識別設(shè)備5.7.4 條形碼識別儀本章小結(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)計要素6.2.4 PCI總線標準6.2.5 模型機系統(tǒng)總線的信號組成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DMA傳送接口6.5.4 模型機DMA傳送過程本章小結(jié)思考與練習(xí)參考文獻

章節(jié)摘錄

　　1.1.2信息的數(shù)字化表示　　計算機是通過執(zhí)行程序（指令序列）來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的加工處理的，因此計算機中的信息可以分為控制信息和數(shù)據(jù)信息兩大類。控制信息用來控制計算機的工作。例如，當(dāng)計算機執(zhí)行指令時，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)信息是計算機加工處理的對象。計算機根據(jù)指令要求取出的操作數(shù)以及對操作數(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)值大小與正負之分，如6－15等。非數(shù)值型數(shù)據(jù)則無數(shù)值大小與正負之分，如字符、文字、圖像、聲音等人們能夠識別的信息，以及條件、狀態(tài)、命令等用于判定的邏輯信息。那么，在計算機中如何表示這些信息呢？　　計算機的主要部件是用邏輯電路構(gòu)成的，所以在電子數(shù)字計算機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)字信號表示數(shù)字代碼?！　∵@兩層含義實際上表明了計算機處理信息的步驟。其中，第一層含義從信息表示的角度闡述，它說明各種信息必須表示為數(shù)字代碼形式才能被計算機識別；第二層含義從物理實現(xiàn)機制的角度闡述，它說明數(shù)字代碼還要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號形式才能最終被計算機處理。信息表示數(shù)字化這一重要概念是理解計算機工作原理的一個基本出發(fā)點。下面通過多個例子對這兩層含義加以說明?！　?.在計算機中用數(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)字代碼來表示。

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