計(jì)算機(jī)組成原理

前言

21世紀(jì)是一個(gè)變幻難測(cè)的世紀(jì)，是一個(gè)催人奮進(jìn)的時(shí)代。科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，知識(shí)更新日新月異。希望、困惑、機(jī)遇、挑戰(zhàn)，隨時(shí)隨地都有可能出現(xiàn)在每一個(gè)社會(huì)成員的生活之中。抓住機(jī)遇，尋求發(fā)展，迎接挑戰(zhàn)，適應(yīng)變化的制勝法寶就是學(xué)習(xí)——依靠自己學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)。作為我國(guó)高等教育組成部分的自學(xué)考試，其職責(zé)就是在高等教育這個(gè)水平上倡導(dǎo)自學(xué)、鼓勵(lì)自學(xué)、幫助自學(xué)、推動(dòng)自學(xué)，為每一個(gè)自學(xué)者鋪就成才之路。組織編寫(xiě)供讀者學(xué)習(xí)的教材就是履行這個(gè)職責(zé)的重要環(huán)節(jié)。毫無(wú)疑問(wèn)，這種教材應(yīng)當(dāng)適合自學(xué)，應(yīng)當(dāng)有利于學(xué)習(xí)者掌握、了解新知識(shí)、新信息，有利于學(xué)習(xí)者增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)實(shí)踐能力、形成自學(xué)能力，也有利于學(xué)習(xí)者學(xué)以致用、解決實(shí)際工作中所遇到的問(wèn)題。具有如此特點(diǎn)的書(shū)，我們雖然沿用了“教材”這個(gè)概念，但它與那種僅供教師講、學(xué)生聽(tīng)，教師不講、學(xué)生不懂，以“教”為中心的教科書(shū)相比，已經(jīng)在內(nèi)容安排、編寫(xiě)體例、行文風(fēng)格等方面都大不相同了。希望讀者對(duì)此有所了解，以便從一開(kāi)始就樹(shù)立起依靠自己學(xué)習(xí)的堅(jiān)定信念，不斷探索適合自己的學(xué)習(xí)方法，充分利用?已有的知識(shí)基礎(chǔ)和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，最大限度地發(fā)揮自己的潛能，達(dá)到學(xué)習(xí)的目標(biāo)。歡迎讀者提出意見(jiàn)和建議。祝每一位讀者自學(xué)成功。

內(nèi)容概要

　　為我國(guó)高等教育組成部分的自學(xué)考試，其職責(zé)就是在高等教育這個(gè)水平上倡導(dǎo)自學(xué)、鼓勵(lì)自學(xué)、幫助自學(xué)、推動(dòng)自學(xué)，為每一個(gè)自學(xué)者鋪就成才之路。組織編寫(xiě)供讀者學(xué)習(xí)的教材就是履行這個(gè)職責(zé)的重要環(huán)節(jié)。毫無(wú)疑問(wèn)，這種教材應(yīng)當(dāng)適合自學(xué)，應(yīng)當(dāng)有利于學(xué)習(xí)者掌握、了解新知識(shí)、新信息，有利于學(xué)習(xí)者增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)實(shí)踐能力、形成自學(xué)能力，也有利于學(xué)習(xí)者學(xué)以致用、解決實(shí)際工作中所遇到的問(wèn)題。

書(shū)籍目錄

計(jì)算機(jī)組成原理第1章 概論1.1 計(jì)算機(jī)硬件的基本構(gòu)成1.1.1 運(yùn)算器1.1.2 存儲(chǔ)器1.1.3 控制器1.1.4 輸入輸出設(shè)備1.2 計(jì)算機(jī)軟件概述1.3 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言及其編譯習(xí)題1第2章 數(shù)據(jù)編碼和數(shù)據(jù)運(yùn)算2.1 數(shù)據(jù)與文字的編碼2.1.1 數(shù)制的轉(zhuǎn)換2.1.2 定點(diǎn)數(shù)的編碼2.1.3 浮點(diǎn)數(shù)的編碼2.1.4 文字的編碼2.1.5 檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼2.2 定點(diǎn)數(shù)加減法運(yùn)算2.2.1 補(bǔ)碼的加減法運(yùn)算2.2.2 溢出的檢測(cè)方法2.2.3 基本的二進(jìn)制加法／減法器2.3 定點(diǎn)數(shù)乘除法運(yùn)算2.3.1 原碼一位乘法2.3.2 補(bǔ)碼一位乘法2.3.3 定點(diǎn)數(shù)除法運(yùn)算2.4 邏輯運(yùn)算2.5 定點(diǎn)運(yùn)算器的組成和結(jié)構(gòu)2.6 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算和浮點(diǎn)運(yùn)算器2.6.1 浮點(diǎn)數(shù)加法和減法2.6.2 浮點(diǎn)數(shù)乘法和除法習(xí)題2第3章 存儲(chǔ)系統(tǒng)3.1 存儲(chǔ)器的構(gòu)成3.1.1 存儲(chǔ)器芯片3.1.2 存儲(chǔ)器的基本組織3.2 存儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)成3.2.1 提高存儲(chǔ)器工作速度的技術(shù)3.2.2 層次化存儲(chǔ)系統(tǒng)3.3 高速緩沖存儲(chǔ)器3.3.1 cache的功能與基本原理3.3.2 地址映象與變換3.3.3 替換策略及更新策略3.4 虛擬存儲(chǔ)器3.4.1 頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器3.4.2 段式虛擬存儲(chǔ)器3.4.3 段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器習(xí)題3第4章 指令系統(tǒng)4.1 指令格式和指令編碼4.1.1 操作碼4.1.2 地址碼4.1.3 指令字長(zhǎng)度4.1.4 指令助記符4.2 操作數(shù)的存儲(chǔ)及其尋址方式4.2.1 操作數(shù)的類(lèi)型和存儲(chǔ)方式4.2.2 數(shù)據(jù)的尋址方式4.3 指令系統(tǒng)4.3.1 指令類(lèi)型4.3.2 CISC和RISC4.3.3 指令系統(tǒng)實(shí)例習(xí)題4第5章 控制器5.1 基本概念5.2 指令周期5.2.1 運(yùn)算指令周期5.2.2 訪存指令周期5.2.3 控制指令周期5.3 硬連線控制器5.3.1 指令周期流程圖5.3.2 硬連線控制器5.4 微程序控制器5.4.1 微程序和微指令5.4.2 微程序控制器原理5.4.3 微程序設(shè)計(jì)技術(shù)習(xí)題5第6章 系統(tǒng)總線6.1 總線的基本概念6.1.1 總線的分類(lèi)6.1.2 總線的信息傳輸方式6.1.3 總線的通信定時(shí)方式6.2 ‘總線控制6.2.1 鏈?zhǔn)讲樵兎绞?.2.2 計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式6.2.3 獨(dú)立請(qǐng)求方式6.3 總線接口6.3.1 串行總線接口6.3.2 并行總線接口習(xí)題6第7章 輸入輸出系統(tǒng)7.1 基本的輸人輸出方式7.1.1 外圍設(shè)備的尋址7.1.2 外圍設(shè)備的定時(shí)7.1.3 程序查詢輸入輸出方式7.2 中斷7.2.1 中斷的基本概念7.2.2 中斷響應(yīng)的過(guò)程7.2.3 中斷請(qǐng)求與裁決7.2.4 多重中斷與中斷屏蔽7.2.5 中斷輸入輸出接口7.2.6 中斷的類(lèi)型與應(yīng)用7.3 DMA方式7.3.1 DMA方式的基本概念7.3.2 DMA傳輸方式7.3.3 基本的DMA控制器7.4 通道方式7.4.1 通道的類(lèi)型7.4.2 通道的功能7.4.3 通道工作過(guò)程習(xí)題7第8章 外圍設(shè)備8.1 輸出設(shè)備8.1.1 顯示設(shè)備8.1.2 打印設(shè)備8.2 輸入設(shè)備8.2.1 文字輸入設(shè)備8.2.2 圖形輸入設(shè)備8.2.3 圖像輸入設(shè)備8.3 磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備8.3.1 磁記錄原理與記錄方式8.3.2 硬磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備8.4 光盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備計(jì)算機(jī)組成原理自學(xué)考試大綱

章節(jié)摘錄

插圖：當(dāng)浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)部分的數(shù)值為O時(shí)，不論其階碼為何值，都是零值。這意味著零的浮點(diǎn)數(shù)編碼是不惟一的。為了保持零的浮點(diǎn)數(shù)編碼的惟一性，可以規(guī)定階碼也必須為零，稱為機(jī)器零。機(jī)器零是一個(gè)特殊的合法浮點(diǎn)數(shù)編碼，盡管不符合浮點(diǎn)數(shù)規(guī)格化表示的要求。一般來(lái)說(shuō)，定點(diǎn)數(shù)編碼方式的運(yùn)算比較容易實(shí)現(xiàn)，但它允許的數(shù)值范圍有限。而浮點(diǎn)數(shù)允許表示的數(shù)值范圍很大，但運(yùn)算電路的實(shí)現(xiàn)十分復(fù)雜。和定點(diǎn)數(shù)一樣，浮點(diǎn)數(shù)編碼方法表示的數(shù)據(jù)是離散的數(shù)值，而不是連續(xù)的實(shí)數(shù)。在浮點(diǎn)數(shù)中，當(dāng)小數(shù)點(diǎn)的位置超出了階碼能夠表示的范圍時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)就發(fā)生了溢出。當(dāng)數(shù)據(jù)的絕對(duì)值太大，以至于大于階碼所能表示的數(shù)據(jù)（階碼上溢）時(shí)，稱為浮點(diǎn)數(shù)的上溢（overflow）。而當(dāng)數(shù)據(jù)的絕對(duì)值太小，以至于小于階碼所能表示的數(shù)據(jù)（階碼下溢）時(shí)，則稱為浮點(diǎn)數(shù)的下溢（underflow）。浮點(diǎn)數(shù)的編碼通?？梢员硎救舾蓚€(gè)正數(shù)、相同數(shù)量的負(fù)數(shù)，以及零。當(dāng)一個(gè)正數(shù)的數(shù)值太大而不能用浮點(diǎn)數(shù)編碼表示時(shí)，稱為浮點(diǎn)數(shù)的正上溢；當(dāng)一個(gè)正數(shù)的數(shù)值太小而不能用浮點(diǎn)數(shù)編碼表示時(shí)，稱為浮點(diǎn)數(shù)的正下溢；當(dāng)一個(gè)負(fù)數(shù)的數(shù)值太接近于零而不能用浮點(diǎn)數(shù)編碼表示時(shí)，稱為浮點(diǎn)數(shù)的負(fù)下溢；當(dāng)一個(gè)負(fù)數(shù)的數(shù)值太小而不能用浮點(diǎn)數(shù)編碼表示時(shí)，稱為浮點(diǎn)數(shù)的負(fù)上溢。浮點(diǎn)數(shù)的數(shù)值表示范圍以及溢出數(shù)值范圍在數(shù)軸上的表示如圖2—3所示。浮點(diǎn)數(shù)的編碼格式已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。目前，廣泛采用的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)編碼的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE。754標(biāo)準(zhǔn)。在IEEE’754標(biāo)準(zhǔn)中定義了符號(hào)位、階碼和尾數(shù)的規(guī)格化編碼方案，還對(duì)浮點(diǎn)運(yùn)算中的各種可能的情況作了完整的定義，定義了一些特殊的數(shù)據(jù)格式以處理上溢、下溢等異常情況。例如在上溢結(jié)果的操作中可以將結(jié)果設(shè)置為表示正無(wú)窮大或者負(fù)無(wú)窮大的代碼。階碼中保留了一個(gè)值用于表示這種特殊的數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)中還定義了表示數(shù)學(xué)上無(wú)定義數(shù)據(jù)的代碼（NAN），如發(fā)生在零除以零、對(duì)負(fù)數(shù)求平方根或者無(wú)窮大除以無(wú)窮大時(shí)生成的結(jié)果。此外，為了保存每次操作的結(jié)果信息，標(biāo)準(zhǔn)中還允許有非規(guī)格化的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)代碼中階碼和尾數(shù)各占用的位數(shù)有多種不同的分配方法，在IEEE 754浮點(diǎn)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，定義的浮點(diǎn)數(shù)的格式如表2—2所示。其中浮點(diǎn)數(shù)編碼有32位、64位和80位三種格式，分別稱為短實(shí)數(shù)、長(zhǎng)實(shí)數(shù)和臨時(shí)實(shí)數(shù)，短實(shí)數(shù)和長(zhǎng)實(shí)數(shù)又分別稱為單精度數(shù)和雙精度數(shù)。

后記

本大綱是根據(jù)全國(guó)高等教育自學(xué)考試指導(dǎo)委員會(huì)電子電工與信息類(lèi)專業(yè)委員會(huì)制定的《高等教育自學(xué)考試計(jì)算機(jī)及應(yīng)用專業(yè)（?？疲┛荚囉?jì)劃》和全國(guó)高等教育自學(xué)考試指導(dǎo)委員會(huì)《關(guān)于修訂高等教育自學(xué)考試課程自學(xué)考試大綱的幾點(diǎn)意見(jiàn)》的精神制定的。本大綱提出初稿后，曾聘請(qǐng)專家通審，并由電子電工與信息類(lèi)專業(yè)委員會(huì)在上海組織召開(kāi)審稿會(huì)進(jìn)行審稿，根據(jù)審稿會(huì)意見(jiàn)由編者作了修改。最后由電子電工與信息類(lèi)專業(yè)委員會(huì)定稿。本大綱由胡越明副教授（上海交通大學(xué)）負(fù)責(zé)編寫(xiě)和修改。參加審稿并提出修改意見(jiàn)的有劉振安教授（中國(guó)科技大學(xué)，主審），孫德文副教授（上海交通大學(xué)，參審），宋杰副教授（安徽大學(xué)，參審）。對(duì)參與本大綱編寫(xiě)和審稿的各位教授表示感謝。

編輯推薦

《計(jì)算機(jī)組成原理》是胡越明編寫(xiě)的，由經(jīng)濟(jì)科學(xué)出版社出版。

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