計(jì)算機(jī)組成原理

前言

　　“計(jì)算機(jī)組成原理”是工科電子類(lèi)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)中核心的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，其可以在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（計(jì)算機(jī)導(dǎo)論）、數(shù)字邏輯、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之后開(kāi)設(shè)，后續(xù)課程可以是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、微機(jī)原理、操作系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等。　　本教材主要講述單處理機(jī)系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的內(nèi)部工作原理、組成方式，各部件的邏輯功能與實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法，以及各部件的相互連接?！　”窘滩墓卜?章。第1章概述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)和主要性能。第2章講述計(jì)算機(jī)中信息的分類(lèi)及編碼表示。第3章講述運(yùn)算的基礎(chǔ)知識(shí)，定點(diǎn)、浮點(diǎn)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算方法和運(yùn)算器。第4章講述指令字格式、尋址方式、指令分類(lèi)，以IBMPC機(jī)為例介紹指令系統(tǒng)中各類(lèi)指令的格式和功能，簡(jiǎn)要介紹CISC和RISC指令系統(tǒng)的概念。第5章講述控制器的功能、組成、分類(lèi)及控制方式，對(duì)組合邏輯和微程序兩類(lèi)不同的控制方式的控制器分別介紹了其實(shí)現(xiàn)過(guò)程，以模型機(jī)為例給出這兩類(lèi)控制器設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題。第6章講述存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本概念，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器類(lèi)型，主存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充及與CPtJ的連接，提高主存儲(chǔ)器性能的方法，輔助存儲(chǔ)器的原理和組織等。第7章講述總線(xiàn)的基本概念、分類(lèi)、參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)總線(xiàn)的組成、操作時(shí)序及總線(xiàn)的爭(zhēng)用和仲裁控制。第8章講述輸入輸出系統(tǒng)中外設(shè)的種類(lèi)與接口，對(duì)直接程序控制、DMA、輸入輸出處理機(jī)三種主要的I／（-）控制方式的原理、組成進(jìn)行了描述。第9章以微型機(jī)為例，介紹系統(tǒng)的組裝，以使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成有更完整的了解，建立比較清晰的整機(jī)概念?！　”窘滩牡膮⒖冀虒W(xué)時(shí)數(shù)為60-70學(xué)時(shí)，可根據(jù)需要對(duì)內(nèi)容進(jìn)行剪裁。第9章的內(nèi)容可隨時(shí)間演變自行更新內(nèi)容。　　本教材內(nèi)容豐富、重點(diǎn)突出、語(yǔ)言簡(jiǎn)煉、圖文并茂、結(jié)構(gòu)合理、層次清楚，主要特點(diǎn)是突出課程內(nèi)容的完整性、系統(tǒng)性、應(yīng)用性，特別強(qiáng)調(diào)針對(duì)應(yīng)用型本科來(lái)組織知識(shí)。每章均配有豐富的例題和一定數(shù)量的習(xí)題。　　本教材是由西安電子科技大學(xué)兼西安歐亞學(xué)院信息工程學(xué)院副院長(zhǎng)的李學(xué)干教授主編，負(fù)責(zé)全書(shū)的組織、統(tǒng)稿、修編和審核。西安歐亞學(xué)院的張樂(lè)芳、趙向梅、白兆華老師參加了編寫(xiě)。張樂(lè)芳老師編寫(xiě)了第1，7，8，9章，趙向梅老師編寫(xiě)了第2，3，4章，白兆華老師編寫(xiě)了第5，6章。　　西安交通大學(xué)董渭清教授在百忙之中對(duì)書(shū)稿進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致的審核。西安交通大學(xué)出版社的賀峰濤、屈曉燕、李慧娜同志為本書(shū)出版編輯做了很多工作。在此表示衷心的感謝?！　∮捎谟?jì)算機(jī)的器件、硬件、組成技術(shù)發(fā)展很快，理論性、時(shí)間性很強(qiáng)，限于時(shí)間和編者水平，書(shū)中難免會(huì)有不少問(wèn)題和不足，懇請(qǐng)讀者對(duì)本書(shū)提出寶貴的意見(jiàn)，以便以后改寫(xiě)完善。

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)組成原理》講述計(jì)算機(jī)組成的基本原理，各部件的功能、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法及相互連接?！?1世紀(jì)應(yīng)用型本科系列教材：計(jì)算機(jī)組成原理》共分9章。分別是概述、計(jì)算機(jī)中的信息及編碼表示、運(yùn)算方法與運(yùn)算器、指令系統(tǒng)、控制方式與控制器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、總線(xiàn)系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)組裝。　　《21世紀(jì)應(yīng)用型本科系列教材：計(jì)算機(jī)組成原理》內(nèi)容豐富，取材適當(dāng)，語(yǔ)言簡(jiǎn)煉，圖文并茂，每章均有例題和習(xí)題，可作為計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)和相關(guān)專(zhuān)業(yè)的本科生的教材，也可作為科技人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章　概述1.1　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1.1.1　計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)1.1.2　計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)1.1.3　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)1.2　計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.2.1　馮?諾依曼（Von Neumann）型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)1.2.2　非馮?諾依曼型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)1.3　計(jì)算機(jī)的性能習(xí)題1第2章　計(jì)算機(jī)中的信息及編碼表示2.1　計(jì)算機(jī)信息的分類(lèi)2.2　信息的數(shù)字化編碼表示2.2.1　數(shù)值信息的表示2.2.2　非數(shù)值信息的表示2.2.3　控制信息的表示習(xí)題2第3章　運(yùn)算方法與運(yùn)算器3.1　運(yùn)算的基礎(chǔ)3.1.1　邏輯運(yùn)算及算術(shù)邏輯單元ALU3.1.2　移位操作及移位寄存器3.1.3　計(jì)數(shù)操作及計(jì)數(shù)器3.1.4　取反、取補(bǔ)操作及取補(bǔ)器3.2　定點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算及實(shí)現(xiàn)3.2.1　補(bǔ)碼的加減運(yùn)算及溢出判斷3.2.2　加減運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)3.2.3　并行加法器與先行進(jìn)位鏈3.2.4　二一十進(jìn)制數(shù)運(yùn)算及加法器3.3　定點(diǎn)數(shù)乘法運(yùn)算及實(shí)現(xiàn)3.3.1　原碼乘法及實(shí)現(xiàn)3.3.2　補(bǔ)碼乘法及實(shí)現(xiàn)3.3.3　陣列乘法器3.4　定點(diǎn)數(shù)除法運(yùn)算及實(shí)現(xiàn)3.4.1　原碼除法及實(shí)現(xiàn)3.4.2　補(bǔ)碼除法及實(shí)現(xiàn)3.4.3　陣列除法器3.5　定點(diǎn)運(yùn)算器的組成3.5.1　運(yùn)算器的內(nèi)部總線(xiàn)3.5.2　帶累加器的運(yùn)算器3.5.3　單總線(xiàn)移位乘除的運(yùn)算器3.5.4　三總線(xiàn)陣列乘除的運(yùn)算器3.6　浮點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算及浮點(diǎn)運(yùn)算器3.6.1　浮點(diǎn)加減運(yùn)算3.6.2　浮點(diǎn)乘法運(yùn)算3.6.3　浮點(diǎn)除法運(yùn)算3.6.4　浮點(diǎn)運(yùn)算器舉例習(xí)題3第4章　指令系統(tǒng)4.1　指令4.1.1　指令字格式4.1.2　尋址方式4.1.3　指令類(lèi)型4.2　指令系統(tǒng)舉例4.2.1　尋址方式4.2.2　傳送類(lèi)指令4.2.3　算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令4.2.4　邏輯運(yùn)算類(lèi)指令4.2.5　程序控制類(lèi)指令4.2.6　處理器控制指令4.3　指令系統(tǒng)的發(fā)展4.3.1　CISC指令系統(tǒng)的發(fā)展4.3.2　RISC指令系統(tǒng)習(xí)題4第5章　控制方式與控制器5.1　基本概念5.1.1　控制器的功能5.1.2　控制器的組成5.1.3　指令執(zhí)行流程5.1.4　控制器的分類(lèi)5.1.5　控制器的時(shí)序系統(tǒng)與控制方式5.2　組合控制邏輯5.2.1　模型機(jī)的指令系統(tǒng)與尋址方式5.2.2　模型機(jī)的CPU及硬件組織5.2.3　模型機(jī)的時(shí)序系統(tǒng)5.2.4　組合邏輯控制器設(shè)計(jì)步驟5.2.5　模型機(jī)組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)5.3　微程序控制5.3.1　微程序控制的基本概念5.3.2　微指令的編碼方式5.3.3　微程序控制器的組成和工作過(guò)程5.3.4　微地址產(chǎn)生方式5.3.5　微程序的時(shí)序控制5.3.6　微程序應(yīng)用5.4　模型機(jī)微程序控制單元的設(shè)計(jì)5.4.1　模型機(jī)微指令的設(shè)計(jì)5.4.2　模型機(jī)的微程序編制與代真習(xí)題5第6章　存儲(chǔ)系統(tǒng)第7章　總線(xiàn)系統(tǒng)第8章　輸入輸出系統(tǒng)第9章　計(jì)算機(jī)組裝參考文獻(xiàn)

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