計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)

前言

　　本書(shū)是2007年出版的“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》的第3版。本書(shū)第一版是電子部“九五”規(guī)劃教材。本書(shū)將傳統(tǒng)教學(xué)計(jì)劃中的兩門(mén)主干課程《計(jì)算機(jī)組成原理》與《匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》有機(jī)地組織成一門(mén)課程，其目的是圍繞機(jī)器指令級(jí)（指令系統(tǒng)層）及與此緊密相關(guān)的微操作級(jí)（微體系結(jié)構(gòu)層）和匯編語(yǔ)言級(jí)（層），更好地體現(xiàn)軟硬結(jié)合的思想，將計(jì)算機(jī)內(nèi)部工作機(jī)制與編程求解問(wèn)題結(jié)合起來(lái)。書(shū)中將輸入/輸出（I/O）系統(tǒng)作為《計(jì)算機(jī)組成原理》與《匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》的結(jié)合點(diǎn)，既包含硬件接口設(shè)計(jì)，又包含I/O驅(qū)動(dòng)程序等軟件設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了兩部分的緊密關(guān)聯(lián)和目前匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的主要應(yīng)用場(chǎng)合。本次修編時(shí)，對(duì)各章內(nèi)容做了修改和增刪，以便更好地與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)相吻合，特別是對(duì)原書(shū)第8章輸入/輸出設(shè)備內(nèi)容進(jìn)行了精簡(jiǎn)，并將其合并到第7章，但仍在基本結(jié)構(gòu)、主要內(nèi)容和風(fēng)格上保持了原書(shū)的特點(diǎn)?！　”緯?shū)主要涵蓋了ACM/IEEE-CS中的“AR計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)”這一知識(shí)體中的5個(gè)核心知識(shí)單元：　　AR2數(shù)據(jù)的機(jī)器級(jí)表示　　AR3 匯編機(jī)器組織　　AR4存儲(chǔ)系統(tǒng)組織和結(jié)構(gòu)　　AR5接口和通信　　AR6功能組織　　本書(shū)還涉及匯編語(yǔ)言層的PF程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)領(lǐng)域中的一個(gè)核心知識(shí)單元--PF1程序設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)。因此，本書(shū)適用于“計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)計(jì)劃”推薦的16門(mén)核心課程中的《計(jì)算機(jī)組成基礎(chǔ)》課程。　　多年來(lái)，我們跟蹤分析了國(guó)外經(jīng)典教材與國(guó)內(nèi)優(yōu)秀教材，這些教材一般可分為兩種體系：“分層體系”和“功能部件組成體系”。本書(shū)的框架體系采用這兩種體系相結(jié)合的方案，從三個(gè)層次（微體系結(jié)構(gòu)層、指令系統(tǒng)層和匯編語(yǔ)言層）和三大子系統(tǒng)（CPU、存儲(chǔ)系統(tǒng)、輸入/輸出系統(tǒng)及其互連）出發(fā)建立整機(jī)概念。本書(shū)第2篇按照微體系結(jié)構(gòu)層、指令系統(tǒng)層和匯編語(yǔ)言層三個(gè)層次，討論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成，從而在CPU級(jí)建立整機(jī)概念。然后，通過(guò)第3篇存儲(chǔ)系統(tǒng)與輸入/輸出系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，從而在系統(tǒng)級(jí)上建立整機(jī)概念。　　全書(shū)由基礎(chǔ)知識(shí)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)系統(tǒng)和輸入/輸出系統(tǒng)3篇共7章組成。其編寫(xiě)順序體現(xiàn)了下述的教學(xué)思路：　　第1篇包括第1、2章，介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成的基本概念和信息表示?！　〉?章仍然強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)的兩個(gè)重要基本概念：信息數(shù)字化、存儲(chǔ)程序工作方式。在介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件、軟件組成之后，引入了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的一種分層結(jié)構(gòu)模型，它自下而上分為5層：微體系結(jié)構(gòu)層、指令系統(tǒng)層、操作系統(tǒng)層、匯編語(yǔ)言層和面向問(wèn)題的語(yǔ)言層，本書(shū)第2篇內(nèi)容就是根據(jù)其中的三層來(lái)組織的。第1章還對(duì)計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程、特點(diǎn)、性能指標(biāo)和發(fā)展史等做了介紹。　　第2章講述數(shù)據(jù)信息和指令信息的表示，包括帶符號(hào)數(shù)、小數(shù)點(diǎn)及字符的表示方法，以及指令格式、尋址方式和指令類(lèi)型，并介紹了Pentium與SPARC的指令格式?！　〉?篇包括第3、4、5章，分別從微體系結(jié)構(gòu)層、指令系統(tǒng)層和匯編語(yǔ)言層深入討論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成和工作機(jī)制?！　〉?章微體系結(jié)構(gòu)層，將CPU作為整體來(lái)討論，弱化運(yùn)算方法與運(yùn)算器。主要以一個(gè)教學(xué)模型機(jī)為例，從寄存器級(jí)描述CPU的內(nèi)部邏輯組成，在指令流程和微操作兩個(gè)層次上分析CPU的工作原理。根據(jù)當(dāng)前計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，更強(qiáng)調(diào)組合邏輯控制方式，對(duì)微程序控制方式只做一般原理性介紹，并以UltraSPARC CPU為典型例子，說(shuō)明RISC的微體系結(jié)構(gòu)及其指令系統(tǒng)?！　〉?章以80x86 CPU為背景討論指令系統(tǒng)層。并將80x86、Pentium系列CPU的微體系結(jié)構(gòu)做了類(lèi)比，用歸納和概括的方式介紹該系列CPU的尋址方式和指令系統(tǒng)。這一章作為第3章與第5章的橋梁，由CPU模型過(guò)渡到實(shí)際機(jī)器80x86，并為學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言奠定了相關(guān)基礎(chǔ)?！　〉?章匯編語(yǔ)言層，以 80x86、Pentium系列CPU為背景，精練地闡述了匯編語(yǔ)言的基礎(chǔ)知識(shí)、偽指令與宏指令、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基本技術(shù)?！　〉?篇包括第6、7章，討論存儲(chǔ)系統(tǒng)和輸入/輸出（I/O）系統(tǒng)。　　第6章首先簡(jiǎn)介了各種存儲(chǔ)器存儲(chǔ)信息的基本原理，芯片級(jí)主存儲(chǔ)器的邏輯設(shè)計(jì)方法。按三級(jí)存儲(chǔ)體系：高速緩存Cache、主存、外存分別介紹其工作原理，并從物理層與虛擬層這兩個(gè)層次討論存儲(chǔ)系統(tǒng)的組織。特別是，本章在分別介紹主存儲(chǔ)器、Cache和虛擬存儲(chǔ)器時(shí)，都是以Pentium為實(shí)例進(jìn)一步分析相應(yīng)的工作機(jī)制。本章還引入了高級(jí)DRAM、磁盤(pán)冗余陣列RAID、并行存儲(chǔ)技術(shù)等?！　〉?章介紹輸入/輸出系統(tǒng)。采用硬軟結(jié)合的方式，既討論硬件接口與I/O設(shè)備的邏輯組成及工作原理，也介紹軟件調(diào)用方法與相應(yīng)的I/O程序設(shè)計(jì)。詳細(xì)闡述了I/O接口的主要控制方式：直接程序控制方式、程序中斷方式和DMA方式。系統(tǒng)介紹了總線分類(lèi)、標(biāo)準(zhǔn)、時(shí)序以及實(shí)例。簡(jiǎn)介了常用I/O設(shè)備：鍵盤(pán)、鼠標(biāo)器、打印機(jī)和液晶顯示器工作原理，并以鍵盤(pán)為例分析其驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。引入了典型外設(shè)接口ATA接口和SCSI接口。　　由于篇幅所限，與本書(shū)有關(guān)的一些輔助資料將以網(wǎng)上電子文檔方式提供給讀者，歡迎免費(fèi)下載。網(wǎng)上輔助資料包括：80x86指令系統(tǒng)一覽表，偽操作與操作符表，中斷向量地址一覽表，DOS系統(tǒng)功能調(diào)用（INT 21H），BIOS功能調(diào)用等?！　”菊n程的參考教學(xué)時(shí)數(shù)約為70～90學(xué)時(shí)，全書(shū)內(nèi)容可能比教學(xué)時(shí)數(shù)所允許的份量稍多一些，可供選取或讓學(xué)生自學(xué)，部分實(shí)例可隨技術(shù)發(fā)展而更新。本書(shū)為教師免費(fèi)提供電子教案，歡迎到華信教育資源網(wǎng)注冊(cè)下載?！　”緯?shū)由徐潔、俸遠(yuǎn)禎主編并負(fù)責(zé)全書(shū)的統(tǒng)稿。徐潔編寫(xiě)第1、2章；魯珂編寫(xiě)第3、4、5章；葉婭蘭編寫(xiě)第6、7章。重慶大學(xué)袁開(kāi)榜教授擔(dān)任主審，他認(rèn)真仔細(xì)地審閱了全稿，提出了許多寶貴的修改意見(jiàn)。教材的輔助資料和電子文檔由鄧亮和于穎制作。本書(shū)編輯童占梅老師熱情、專(zhuān)業(yè)和細(xì)致的工作態(tài)度保證了教材的編輯質(zhì)量和水平。教材的編寫(xiě)還得到了北京航空航天大學(xué)楊文龍教授、電子科技大學(xué)龔天富教授的熱情指導(dǎo)和幫助。在編寫(xiě)過(guò)程中，我們還得到了電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師的熱情支持。在此，謹(jǐn)向所有給予我們支持和幫助的同志表示衷心的感謝?！　?shū)中還會(huì)存在錯(cuò)誤與不足之處，懇請(qǐng)讀者與同行給予批評(píng)指正?！　≈骶帯　∮诔啥茧娮涌萍即髮W(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院

內(nèi)容概要

　　本書(shū)是普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。全書(shū)從微體系結(jié)構(gòu)層、指令系統(tǒng)層、匯編語(yǔ)言層三個(gè)層次，以及CPU、存儲(chǔ)系統(tǒng)、輸入/輸出系統(tǒng)及其互連三大系統(tǒng)出發(fā)，建立整機(jī)的概念，并體現(xiàn)軟硬結(jié)合的思想。全書(shū)分3篇共8章，系統(tǒng)介紹基礎(chǔ)知識(shí)（緒論、計(jì)算機(jī)中的信息表示），計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)（微體系結(jié)構(gòu)層——CPU組織、指令系統(tǒng)層、匯編語(yǔ)言層），存儲(chǔ)系統(tǒng)和輸入/輸出系統(tǒng)（存儲(chǔ)系統(tǒng)、輸入/輸出系統(tǒng)、I/O設(shè)備和I/O程序設(shè)計(jì)）。本書(shū)免費(fèi)提供電子教案。

書(shū)籍目錄

第1篇　基礎(chǔ)知識(shí)
　第1章　緒論　
　　1.1　計(jì)算機(jī)的基本概念　
　　　1.1.1　存儲(chǔ)程序工作方式　
　　　1.1.2　信息的數(shù)字化表示　
　　1.2　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬、軟件組成　
　　　1.2.1　計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)　
　　　1.2.2　計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)　
　　1.3　層次結(jié)構(gòu)模型　
　　　1.3.1　從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成角度劃分層次結(jié)構(gòu)　
　　　1.3.2　從語(yǔ)言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu)　
　　　1.3.3　軟、硬件在邏輯上的等價(jià)　
　　1.4　計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程　
　　　1.4.1　處理問(wèn)題的步驟　
　　　1.4.2　指令執(zhí)行過(guò)程　
　　1.5　數(shù)字計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)與性能指標(biāo)　
　　　1.5.1　數(shù)字計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)　
　　　1.5.2　計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)　
　　1.6　計(jì)算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用　
　　　1.6.1　計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程　
　　　1.6.2　提高計(jì)算機(jī)性能的若干技術(shù)　
　　　1.6.3　計(jì)算機(jī)應(yīng)用舉例　
　　習(xí)題1　
　第2章　計(jì)算機(jī)中的信息表示　
　　2.1　數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示　
　　　2.1.1　帶符號(hào)數(shù)的表示　
　　　2.1.2　定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)　
　　2.2　字符的表示　
　　　2.2.1　ASCII碼　
　　　2.2.2　UNICODE編碼　
　　　2.2.3　漢字編碼簡(jiǎn)介　
　　2.3　指令信息的表示　
　　　2.3.1　指令格式　
　　　2.3.2　常用尋址方式　
　　　2.3.3　指令類(lèi)型　
　　　2.3.4　PentiumⅡ指令格式　
　　　2.3.5　SPARC指令格式　
　　習(xí)題2　
第2篇　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)
　第3章　微體系結(jié)構(gòu)層——CPU組織　
　　3.1　CPU的組成和功能　
　　　3.1.1　CPU的組成　
　　　3.1.2　指令執(zhí)行過(guò)程　
　　　3.1.3　時(shí)序控制方式　
　　　3.1.4　指令流水線　
　　3.2　算術(shù)邏輯部件ALU和運(yùn)算方法　
　　　3.2.1　算術(shù)邏輯部件ALU　
　　　3.2.2　定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算方法　
　　　3.2.3　浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算方法　
　　　3.2.4　十進(jìn)制數(shù)加減運(yùn)算　
　　3.3　CPU模型機(jī)的組成及其數(shù)據(jù)通路　
　　　3.3.1　基本組成　
　　　3.3.2　數(shù)據(jù)傳送　
　　3.4　組合邏輯控制器原理　
　　　3.4.1　模型機(jī)的指令系統(tǒng)　
　　　3.4.2　模型機(jī)的時(shí)序系統(tǒng)　
　　　3.4.3　指令流程　
　　　3.4.4　微命令的綜合與產(chǎn)生　
　　　3.4.5　小結(jié)　
　　3.5　微程序控制器原理　
　　　3.5.1　微程序控制概念　
　　　3.5.2　微指令編碼方式　
　　　3.5.3　微程序的順序控制　
　　　3.5.4　微指令格式　
　　　3.5.5　典型微指令舉例——模型機(jī)微指令格式　
　　3.6　精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（RISC）　
　　　3.6.1　RISC與CISC的概念　
　　　3.6.2　UltraSPARC　CPU的微體系結(jié)構(gòu)　
　　習(xí)題3　
　第4章　指令系統(tǒng)層　
　　4.1　80x86　CPU　
　　　4.1.1　8086/8088　CPU　
　　　4.1.2　80386/80486　CPU　
　　　4.1.3　Pentium系列CPU　
　　4.2　80x86　CPU的寄存器和主存儲(chǔ)器　
　　　4.2.1　80x86　CPU的寄存器　
　　　4.2.2　80x86的主存儲(chǔ)器　
　　4.3　80x86　CPU指令系統(tǒng)　
　　　4.3.1　80x86尋址方式　
　　　4.3.2　80x86　CPU指令系統(tǒng)　
　　習(xí)題4　
　第5章　匯編語(yǔ)言層　
　　5.1　概述　
　　5.2　匯編語(yǔ)言語(yǔ)句格式　
　　5.3　80x86宏匯編語(yǔ)言數(shù)據(jù)、表達(dá)式和運(yùn)算符　
　　　5.3.1　常數(shù)　
　　　5.3.2　變量　
　　　5.3.3　標(biāo)號(hào)　
　　　5.3.4　表達(dá)式與運(yùn)算符　
　　5.4　80x86　宏匯編語(yǔ)言偽指令　
　　　5.4.1　符號(hào)定義語(yǔ)句　
　　　5.4.2　處理器選擇偽指令　
　　　5.4.3　段結(jié)構(gòu)偽指令（SEGMENT/ENDS）　
　　　5.4.4　段組偽指令（GROUP）　
　　　5.4.5　內(nèi)存模式和簡(jiǎn)化段定義偽指令　
　　　5.4.6　定位和對(duì)準(zhǔn)偽指令　
　　　5.4.7　過(guò)程定義偽指令（PROC/ENDP）　
　　　5.4.8　包含偽指令（INCLUDE）　
　　　5.4.9　標(biāo)題偽指令（TITLE）　
　　5.5　宏指令　
　　5.6　匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基本技術(shù)　
　　　5.6.1　程序設(shè)計(jì)步驟　
　　　5.6.2　順序程序設(shè)計(jì)　
　　　5.6.3　分支程序設(shè)計(jì)　
　　　5.6.4　循環(huán)程序設(shè)計(jì)　
　　　5.6.5　子程序設(shè)計(jì)　
　　　5.6.6　系統(tǒng)功能子程序的調(diào)用　
　　　5.6.7　匯編語(yǔ)言程序的開(kāi)發(fā)　
　　習(xí)題5　
第3篇　存儲(chǔ)系統(tǒng)與輸入/輸出系統(tǒng)
　第6章　存儲(chǔ)系統(tǒng)　
　　6.1　概述　
　　　6.1.1　存儲(chǔ)器的分類(lèi)　
　　　6.1.2　主存的主要技術(shù)指標(biāo)　
　　6.2　存儲(chǔ)原理　
　　　6.2.1　半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)原理　
　　　6.2.2　磁表面存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)原理　
　　　6.2.3　光存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)原理　
　　6.3　主存儲(chǔ)器的組織　
　　　6.3.1　主存儲(chǔ)器的邏輯設(shè)計(jì)　
　　　6.3.2　主存儲(chǔ)器與CPU的連接　
　　　6.3.3　Pentium　CPU與存儲(chǔ)器組織　
　　　6.3.4　高級(jí)DRAM　
　　6.4　高速緩沖存儲(chǔ)器Cache　
　　　6.4.1　Cache的工作原理　
　　　6.4.2　Cache的組織　
　　　6.4.3　PentiumⅡCPU的Cache組織　
　　6.5　外部存儲(chǔ)器　
　　　6.5.1　硬磁盤(pán)存儲(chǔ)器　
　　　6.5.2　光盤(pán)存儲(chǔ)器　
　　　6.5.3　磁帶存儲(chǔ)器　
　　6.6　物理存儲(chǔ)系統(tǒng)的組織　
　　　6.6.1　存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)　
　　　6.6.2　磁盤(pán)冗余陣列　
　　　6.6.3　并行存儲(chǔ)技術(shù)　
　　6.7　虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)的組織　
　　　6.7.1　概述　
　　　6.7.2　虛擬存儲(chǔ)器的組織方式　
　　　6.7.3　Pentium　CPU支持的虛擬存儲(chǔ)器　
　　　6.7.4　存儲(chǔ)管理部件（MMU）　
　　習(xí)題6　
　第7章　輸入/輸出系統(tǒng)　
　　7.1　概述　
　　　7.1.1　主機(jī)與外圍設(shè)備間的連接方式　
　　　7.1.2　I/O接口的功能和分類(lèi)　
　　　7.1.3　接口的編址和I/O指令　
　　7.2　直接程序控制方式　
　　　7.2.1　立即程序傳送方式　
　　　7.2.2　程序查詢(xún)方式　
　　7.3　程序中斷方式　
　　　7.3.1　中斷的基本概念　
　　　7.3.2　中斷的過(guò)程　
　　　7.3.3　中斷接口模型　
　　　7.3.4　中斷接口舉例　
　　7.4　DMA方式　
　　　7.4.1　DMA方式的一般概念　
　　　7.4.2　DMA過(guò)程　
　　　7.4.3　DMA接口組成　
　　　7.4.4　DMA控制器編程及應(yīng)用　
　　7.5　通道與IOP　
　　　7.5.1　通道　
　　　7.5.2　IOP與外圍處理機(jī)　
　　7.6　總線　
　　　7.6.1　總線的功能與分類(lèi)　
　　　7.6.2　總線標(biāo)準(zhǔn)及信號(hào)組成　
　　　7.6.3　總線操作時(shí)序　
　　　7.6.4　典型總線舉例　
　　7.7　典型外設(shè)接口　
　　　7.7.1　ATA接口　
　　　7.7.2　SCSI接口　
　　7.8　I/O設(shè)備與I/O程序設(shè)計(jì)　
　　　7.8.1　概述　
　　　7.8.2　鍵盤(pán)　
　　　7.8.3　鼠標(biāo)器　
　　　7.8.4　打印機(jī)　
　　　7.8.5　液晶顯示器　
　　習(xí)題7　
附錄A　ASCII碼字符表　
參考文獻(xiàn)

編輯推薦

　　《計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第3版）》適合作為高等學(xué)校計(jì)算機(jī)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)教材，也可作為IT技術(shù)人員的參考書(shū)。

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