計算機組成原理簡明教程

前言

“計算機組成原理”是計算機科學與技術(shù)學科的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，通過對本課程的學習，可以為相關(guān)專業(yè)課程的學習和今后的實踐，打下一個既有一定的知識面，又有一定專業(yè)深度的計算機應(yīng)用基礎(chǔ)。許多院校都將它定為核心課程和考研課程。本教材是計算機組成原理簡明教程，主要內(nèi)容是計算機各個主要組成系統(tǒng)部件的基本組成和工作原理，其先修課程為計算機基礎(chǔ)和數(shù)字電路等，后續(xù)課程為計算機體系結(jié)構(gòu)、微機原理和操作系統(tǒng)等。其特點是知識面廣、內(nèi)容多并且更新快。概括起來，本書具有以下主要特點：結(jié)構(gòu)清晰、內(nèi)容翔實。對計算機主要部件的基本概念、基本組成和基本原理進行了較詳細的描述，也涉及到它們的應(yīng)用，做到理論聯(lián)系實際。將計算機的數(shù)據(jù)表示單列一章，系統(tǒng)地介紹了如何將處理對象(信息)表示成數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在計算機中如何表示等問題，使學生從數(shù)據(jù)流動的角度來學習計算機組成的原理(即數(shù)據(jù)形成－表示數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)運算－運算器、數(shù)據(jù)存儲－存儲器、程序數(shù)據(jù)－控制器、數(shù)據(jù)傳輸與交換－總線和輸入輸出系統(tǒng))，加深對本書的理解。力圖反映新技術(shù)、新動向，以適應(yīng)計算機技術(shù)的發(fā)展需要。根據(jù)目前課程設(shè)置和教學特點，本書增加了計算機系統(tǒng)及發(fā)展這一內(nèi)容。配有大量習題，為讀者提供較多的理解相關(guān)知識和練習的機會，并提供了每章習題的參考答案。注重學生的能力培養(yǎng)。各個章節(jié)內(nèi)容相對獨立，按照計算機的整體概念，系統(tǒng)地介紹相關(guān)知識，便于自學。本書共分10章：第1、2章介紹計算機的概論、數(shù)據(jù)表示。第3~~8章介紹計算機的各個子系統(tǒng)(運算系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、中央處理系統(tǒng)、總線系統(tǒng)和輸入輸出系統(tǒng))的基本原理。第9章對計算機的外部設(shè)備進行了討論。第10章對計算機的系統(tǒng)和未來計算機技術(shù)的發(fā)展做了一些介紹?？偟膶W時建議為80學時左右為宜。

內(nèi)容概要

　　《高等學校計算機應(yīng)用規(guī)劃教材：計算機組成原理簡明教程》系統(tǒng)介紹了計算機的基本組成和工作原理。全書共分10章，主要內(nèi)容包括計算機概論、計算機中的數(shù)據(jù)表示、運算方法和運算器、存儲器及存儲系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、中央處理器、總線系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、計算機外部設(shè)備和計算機系統(tǒng)及發(fā)展等?！　　陡叩葘W校計算機應(yīng)用規(guī)劃教材：計算機組成原理簡明教程》結(jié)構(gòu)清晰、內(nèi)容翔實、系統(tǒng)性較強，各部分內(nèi)容由淺入深、相互獨立，配有大量例題和習題，便于自學。　　《高等學校計算機應(yīng)用規(guī)劃教材：計算機組成原理簡明教程》可以作為高等院校計算機及相關(guān)專業(yè)“計算機組成原理”課程的教材，也可供從事計算機工作的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 概論 11.1 計算機的發(fā)展與應(yīng)用 11.1.1 計算機的發(fā)展簡史 21.1.2 計算機的特點 31.1.3 計算機的應(yīng)用 41.2 計算機系統(tǒng)的組成 51.2.1 計算機的硬件系統(tǒng) 51.2.2 計算機的軟件系統(tǒng) 61.2.3 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 81.3 計算機的分類和性能指標 101.3.1 計算機的分類 101.3.2 計算機的性能指標 101.4 多媒體技術(shù) 111.5 本章小結(jié) 121.6 習題 12第2章 計算機中的數(shù)據(jù)表示 142.1 數(shù)據(jù)信息的表示 152.2 進位計數(shù)制 162.2.1 進位基數(shù)和位的權(quán)數(shù) 162.2.2 二進制數(shù)制 172.2.3 八進制數(shù)制 172.2.4 十六進制數(shù)制 182.2.5 數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換 182.3 定點數(shù)和浮點數(shù) 212.3.1 定點數(shù)表示法 212.3.2 浮點數(shù)表示法 222.3.3 定點數(shù)表示法和浮點數(shù)表示法的比較 232.3.4 計算機中數(shù)的表示單位和機器字長 232.4 帶符號數(shù)的表示方法 242.4.1 機器數(shù)的原碼表示法 242.4.2 機器數(shù)的補碼表示法 252.4.3 機器數(shù)的反碼表示法 302.4.4 機器數(shù)的移碼表示法 312.4.5 各種編碼的比較 322.5 十進制數(shù)據(jù)表示 332.5.1 二－十進制編碼原理 332.5.2 二－十進制有權(quán)碼 342.5.3 二－十進制無權(quán)碼 352.6 字符編碼 362.6.1 ASCII碼 362.6.2 EBCDIC碼 372.6.3 漢字的表示 372.7 數(shù)據(jù)校驗碼 382.7.1 奇偶校驗碼 382.7.2 海明校驗碼 382.7.3 循環(huán)冗余校驗碼 412.8 本章小結(jié) 432.9 習題 44第3章 運算方法和運算器 473.1 定點數(shù)的加減運算 473.1.1 補碼加減運算規(guī)則 473.1.2 基本的二進制加法/減法器 483.1.3 加法運算及其加速方法 503.2 定點乘法運算 543.2.1 原碼一位乘法 543.2.2 補碼一位乘法 573.3 定點除法運算 593.3.1 原碼一位除法 593.3.2 補碼一位除法 633.4 定點運算器的組成和結(jié)構(gòu) 643.4.1 運算器與其他部件的關(guān)系 643.4.2 定點運算器的功能和組成 643.5 浮點算術(shù)運算方法和浮點運算器 703.5.1 浮點算術(shù)運算方法 713.5.2 浮點運算器 753.6 本章小結(jié) 763.7 習題 76第4章 存儲器及存儲系統(tǒng) 794.1 存儲器概述 794.1.1 存儲器的分類 814.1.2 存儲器的分級結(jié)構(gòu) 834.2 主存儲器 844.2.1 主存儲器技術(shù)指標 844.2.2 主存儲器基本組成 864.2.3 主存儲器基本操作 874.3 半導體存儲器芯片 874.3.1 靜態(tài)MOS存儲器 884.3.2 動態(tài)MOS存儲器 924.3.3 半導體只讀存儲器 954.4 主存儲器組織 994.4.1 存儲器與中央處理器的連接 994.4.2 高速緩沖存儲器 1034.4.3 多體交叉存儲器 1084.4.4 虛擬存儲器 1104.5 存儲保護 1164.5.1 存儲區(qū)域保護 1164.5.2 訪問方式保護 1174.6 本章小結(jié) 1184.7 習題 119第5章 指令系統(tǒng) 1235.1 計算機指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能 1235.1.1 指令系統(tǒng)的發(fā)展 1235.1.2 指令系統(tǒng)的性能要求 1255.2 指令的格式 1255.2.1 指令操作碼與地址碼 1265.2.2 指令字長與擴展方法 1295.3 尋址方式 1315.4 指令的分類與高級語言 1375.4.1 指令系統(tǒng)的分類 1375.4.2 指令系統(tǒng)與高級語言 1405.5 典型指令系統(tǒng) 1415.6 本章小結(jié) 1435.7 習題 144第6章 中央處理器 1486.1 中央處理器的總體結(jié)構(gòu) 1486.1.1 中央處理器的功能與組成 1486.1.2 操作控制器與時序產(chǎn)生器 1516.2 指令的執(zhí)行與時序產(chǎn)生器 1526.2.1 指令周期 1526.2.2 時序產(chǎn)生器 1606.2.3 CPU的控制方式 1626.3 微程序設(shè)計技術(shù)與微程序控制器 1636.3.1 微程序設(shè)計技術(shù) 1636.3.2 微程序控制器 1706.4 硬布線控制器與門陣列控制器 1726.4.1 硬布線控制器 1726.4.2 PLA邏輯控制原理 1736.5 CPU新技術(shù) 1736.5.1 流水線工作原理 1736.5.2 RISC結(jié)構(gòu) 1786.5.3 未來CPU的發(fā)展趨勢 1786.6 本章小結(jié) 1796.7 習題 180第7章 總線系統(tǒng) 1837.1 系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu) 1837.1.1 總線的基本概念 1837.1.2 總線的連接方式 1867.2 總線的控制、數(shù)據(jù)傳輸和接口 1897.2.1 總線的控制 1897.2.2 總線的數(shù)據(jù)傳輸方式 1937.2.3 總線的接口 1947.3 常用總線舉例 1967.3.1 ISA總線 1967.3.2 EISA總線 1967.3.3 VL總線(VESA總線) 1977.3.4 PCI總線 1977.3.5 USB總線 2007.3.6 Futurebus總線 2017.4 本章小結(jié) 2017.5 習題 202第8章 輸入輸出系統(tǒng) 2058.1 信息交換的控制方式 2068.1.1 外部設(shè)備與主機的連接方式 2068.1.2 外部設(shè)備的編址方式 2078.1.3 I/O組織與外設(shè)接口 2078.2 程序查詢方式 2118.2.1 程序查詢輸入輸出方式 2118.2.2 程序查詢方式的接口 2128.3 程序中斷方式 2128.3.1 中斷的基本概念 2128.3.2 CPU響應(yīng)中斷的條件 2138.3.3 中斷處理 2168.3.4 單級中斷與多級中斷 2178.3.5 程序中斷方式的基本接口 2218.4 DMA方式 2228.4.1 DMA的基本概念 2228.4.2 DMA傳輸方式 2238.4.3 基本的DMA控制器 2258.4.4 選擇型和多路型DMA控制器 2278.5 I/O通道方式 2288.5.1 通道的基本概念 2288.5.2 通道的類型 2308.6 本章小結(jié) 2318.7 習題 233第9章 計算機外部設(shè)備 2359.1 計算機外部設(shè)備概述 2359.1.1 外部設(shè)備的一般功能及分類 2369.1.2 外部設(shè)備的特點 2389.2 輸入設(shè)備 2389.2.1 鍵盤 2389.2.2 鼠標 2399.2.3 掃描儀 2399.2.4 數(shù)碼相機 2409.3 打印輸出設(shè)備 2429.3.1 點陣針式打印機 2429.3.2 激光打印機 2449.3.3 噴墨打印機 2469.4 顯示設(shè)備 2479.4.1 CRT顯示器 2499.4.2 液晶顯示設(shè)備 2559.5 磁表面存儲器 2589.5.1 磁記錄原理與記錄方式 2589.5.2 軟磁盤存儲器 2639.5.3 硬盤存儲器 2679.6 光盤存儲器 2739.6.1 光盤存儲器類型 2739.6.2 只讀型光盤存儲器 2749.6.3 一次寫入型光盤存儲器 2759.6.4 磁光盤存儲器 2769.7 通信與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 2779.7.1 調(diào)制解調(diào)器 2779.7.2 網(wǎng)絡(luò)接口卡 2799.7.3 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備 2799.8 本章小結(jié) 2819.9 習題 282第10章 計算機系統(tǒng)及發(fā)展 28610.1 計算機系統(tǒng)基本概念 28610.1.1 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義 28610.1.2 計算機組成與實現(xiàn) 28710.1.3 計算機系統(tǒng)的分類 28710.1.4 如何提高計算機系統(tǒng)的運算速度 28810.1.5 開放系統(tǒng) 28910.2 超級標量、超級流水線處理機 29010.2.1 超級標量處理機 29110.2.2 超級流水線處理機 29110.2.3 超長指令字處理機 29110.3 新一代計算機 29110.3.1 生物計算機 29210.3.2 超導計算機 29310.3.3 量子計算機 29310.3.4 納米計算機 29410.3.5 光計算機 29610.4 本章小結(jié) 29610.5 習題 297參考文獻 299

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　概論本章要點計算機是20世紀人類最偉大的發(fā)明創(chuàng)造之一，它的誕生、發(fā)展和應(yīng)用是科學技術(shù)的卓越成就，也是技術(shù)革命的基礎(chǔ)，對人類社會產(chǎn)生了巨大而深遠的影響，并改變著人們的生活方式。目前，以高性能計算機為基礎(chǔ)的計算科學已經(jīng)成為繼理論科學和實驗科學之后人類科學研究的第三大支柱。越來越多的人希望了解、學習并掌握計算機相關(guān)知識。本章將介紹計算機的概念和組成等方面的基本內(nèi)容，目的在于使讀者有一個總體概念，以便于學習后續(xù)各章內(nèi)容。本章的主要內(nèi)容有：計算機的發(fā)展與應(yīng)用計算機的發(fā)展簡史計算機的特點和應(yīng)用計算機的組成硬件系統(tǒng)組成軟件系統(tǒng)組成計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)計算機的分類和性能結(jié)構(gòu)計算機的分類計算機的性能指標多媒體技術(shù)多媒體的特點1.1 計算機的發(fā)展與應(yīng)用電子計算機的誕生和發(fā)展是20世紀最重大的科學技術(shù)成就之一?；仡?0世紀的科技發(fā)展史，人們會深刻地體會到計算機的誕生和廣泛應(yīng)用對工作和生活所產(chǎn)生的深遠影響。 計算機，顧名思義就是用于計算的工具。但是，今天這里所說的計算機(Computer)實際上是指電子數(shù)字計算機(Digital Computer)。計算機的一個比較確切的定義是：計算機是一種以電子器件為基礎(chǔ)的，不需人的直接干預(yù)，能夠?qū)Ω鞣N數(shù)字化信息進行快速算術(shù)和邏輯運算的工具，是一個由硬件、軟件組成的復雜的自動化設(shè)備。

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