计算机组成原理

　　本书是“高等学校计算机基础及应用教材”中的一本硬件基础教材，系统地介绍了计算机单处理机系统的组成及其工作原理。主要内容包括：计算机系统概论，运算方法和运算器，存储系统，指令系统，中央处理器，总线及其互联结构，输入/输出系统。全书内容全面，概念清楚，语言通俗易懂，并且具有实用性和先进性。书中各章都列举一些例题帮助读者进一步理解和掌握基本概念及各部件的工作原理。每章后都附有适量的习题。为了方便教师的教学和学生的自学，本书还有配套使用的多媒体教学课件和习题与解答。本书适合高等学校本科生和高职高专、远程教育的学生使用，也可供从事计算机专业的科技人员参考。前言《计算机组成原理》是高等学校计算机科学与技术专业及相关专业的一门核心专业基础课程，也是非计算机专业的学生掌握好计算机应用技术的一门专业基础课程。本书以冯·诺依曼计算机结构为主线，讲授单处理机系统各大部件的组成、工作原理以及将各大部件连接成整机的工作原理。从教学上，本课程是先导课程和后续课程之间承上启下的主干课程，是必须掌握的重要知识结构。《计算机组成原理》是一门理论性强，而又与实际结合密切的课程，其特点是内容覆盖面广，基本概念多，并且比较抽象，特别是难以建立计算机的整机概念。作者根据多年来从事《计算机组成原理》课程的理论教学和实践教学的经验，吸取众多优秀教材？木谋嘈戳吮窘滩摹？全书共分7章。第1章对系统“一概而论”，介绍系统的基本组成及常用概念，为以后各章的学习打下基础；第2章着重介绍信息在计算机中的表示，数值数据的运算方法及运算器的组成原理；第3章介绍各种半导体存储器，并行存储器，高速缓冲存储器，外存储器，以及由各种存储器组成多级存储系统的工作原理；第4章介绍指令系统的类型，各种寻址方式及CISC和RISC指令的特点；第5章介绍CPU的组成及其功能，控制器的组成，时序及微操作信号的产生，并行处理技术及典型CPU；第6章介绍总线的连接方式，总线的请求、仲裁和定时，以及常用总线的类型；第7章介绍常用外设的工作原理，以及外设与主机之间交换信息的方式。本书根据该课程的教学要求和特点，从解决好学习本课程的实际出发，力求做到：（1）内容全面，层次分明，结构合理；（2）基本概念清楚，逻辑性强；（3）适当介绍基本逻辑部件，解决抽象难懂的问题；（4）突出重点难点及有关内容的联系，力求解决建立整机概念难的问题；（5）理论联系实际，尽量反映实用新技术。本教材教学参考时数为64～80学时，各校可根据实际需要对内容进行取舍。本教材由黄钦胜主编，其中第1～6章由黄钦胜编写，第7章由朱娟编写。具有丰富教学经验的老师对本书的编写提出了有益的建议。为了方便教学和自学，书中的图形符号仍引用大家熟悉并习惯的符号。参加本书书稿输入和制图的有黄卓龄和黄卓群等，编者在此表示感谢。计算机科学技术发展迅速，理论性强，教材的时效性强。限于时间和编者水平，本书在选材上和对理论及先进技术的理解上可能有不妥之处，敬请读者指正赐教。编著者2003年5月

暂缺《计算机组成原理》作者简介

第1章 计算机系统概论
1.1 电子计算机的发展、分类及应用
1.1.1 计算机的发展
1.1.2 计算机的分类
1.1.3 计算机的应用
1.2 计算机系统的硬件
1.2.1 冯·诺依曼（Von Neumann）计算机的设计思想
1.2.2 硬件各基本部件的组成及主要功能
1.3 计算机系统的软件
1.3.1 软件的组成和分类
1.3.2 软件的发展
1.4 计算机的工作过程及主要的技术指标
1.4.1 利用计算机解题的一般步骤
1.4.2 计算机的工作过程
1.4.3 计算机的主要性能指标
1.5 计算机系统的层次结构
1.5.1 多级组成的计算机系统
1.5.2 软件和硬件的逻辑等价性
本章小结
习题1
第2章 运算方法和运算器
2.1 数据与文字的表示方法
2.1.1 数值的机器码表示
2.1.2 数值数据的定点与浮点表示
2.1.3 非数值信息的表示
2.1.4 数据校验码
2.2 定点数的加减法运算及加法器
2.2.1 补码定点加减法运算
2.2.2 原码定点加减法运算
2.2.3 溢出及其判别
2.2.4 二进制并行加减法器
2.2.5 十进制数运算
2.3 定点乘法运算
2.3.1 原码定点乘法
2.3.2 补码定点乘法
2.3.3 阵列乘法器
2.4 定点除法运算
2.4.1 原码定点除法
2.4.2 补码定点除法
2.4.3 阵列除法器
2.5 定点运算器的组成与结构
2.5.1 逻辑运算
2.5.2 多功能算术/逻辑部件
2.5.3 运算器数据通路
2.5.4 定点运算器的基本结构及组成实例
2.6 浮点运算方法和浮点运算器
2.6.1 浮点加减法运算
2.6.2 浮点乘除法运算
2.6.3 浮点运算器的组成
本章小结
习题2
第3章 存储系统
3.1 存储器概述
3.1.1 存储器分类
3.1.2 存储系统的设计目标及分级结构
3.1.3 主存储器的性能指标
3.2 半导体读/写存储器
3.2.1 半导体基本存储元
3.2.2 半导体存储器芯片的组织
3.3 半导体只读存储器和闪速存储器
3.3.1 掩膜只读存储器（MROM）
3.3.2 可编程只读存储器（PROM）
3.3.3 可擦除可编程只读存储器（EPROM）
3.3.4 闪速存储器
3.4 主存储器与CPU的连接
3.4.1 存储器芯片的读/写时序
3.4.2 主存储器构成
3.4.3 主存的设计实例
3.5 并行存储器
3.5.1 双端口存储器
3.5.2 多模块交叉存储器
3.5.3 相联存储器
3.6 高速缓冲存储器（Cache）
3.6.1 Cache的基本原理
3.6.2 主存与Cache的地址映射及变换
3.6.3 替换算法及写操作策略
3.6.4 奔腾PC的Cache
3.7 虚拟存储器
3.7.1 虚拟存储器的基本概念
3.7.2 虚拟存储器的管理方式
3.7.3 虚拟存储器的工作过程
3.8 外存储器
3.8.1 磁表面记录原理及记录方式
3.8.2 磁盘存储器
3.8.3 磁带存储器
3.8.4 光盘存储器
本章小结
习题3
第4章 指令系统
4.1 指令
4.1.1 指令的基本格式
4.1.2 地址码格式
4.1.3 指令的操作码格式
4.1.4 指令格式举例
4.2 寻址方式
4.2.1 指令的寻址方式
4.2.2 操作数的寻址方式
4.2.3 寻址方式举例
4.3 堆栈
4.3.1 寄存器堆栈
4.3.2 存储器堆栈
4.3.3 堆栈的应用
4.4 CISC和RISC的指令系统
4.4.1 指令的分类
4.4.2 复杂指令系统计算机CISC
4.4.3 精简指令系统计算机RISC
本章小结
习题4
第5章 中央处理器
5.1 CPU的基本功能及其组成
5.1.1 CPU的基本功能
5.1.2 CPU的基本组成
5.2 指令周期和时序信号发生器
5.2.1 指令周期
5.2.2 时序发生器
5.2.3 控制器基本控制方式
5.3 组合逻辑控制器
5.3.1 组合逻辑控制器的基本原理
5.3.2 指令执行流程
5.3.3 微操作信号的产生
5.4 微程序控制器
5.4.1 微程序控制器的基本原理
5.4.2 微命令的编码
5.4.3 微地址的形成方法
5.4.4 指令的微程序举例
5.5 并行处理技术
5.5.1 指令流水线
5.5.2 并行性概念
5.6 CPU举例
5.6.1 Intel 8088 CPU
5.6.2 Intel Pentium CPU
5.6.3 Power PC CPU
本章小结
习题5
第6章 总线及其互联结构
6.1 总线的基本概念
6.1.1 总线的分类、特性与标准化
6.1.2 系统总线的连接方式
6.2 总线接口
6.2.1 总线的数据传送方式
6.2.2 接口的基本概念
6.3 总线的仲裁、定时和数据传送模式
6.3.1 总线的仲裁
6.3.2 总线的定时
6.3.3 总线数据的传送模式
6.4 微机常用的总线标准
6.4.1 ISA, EISA总线
6.4.2 VESA局部总线
6.4.3 PCI总线
本章小结
习题6
第7章 输入/输出系统
7.1 输入/输出设备
7.1.1 I/O设备概述
7.1.2 输入设备
7.1.3 输出设备
7.2 直接程序控制方式
7.2.1 I/O设备的组织方式
7.2.2 接口的功能及其组成
7.2.3 直接程序控制方式
7.2.4 直接程序控制方式的程序基本结构
7.3 程序中断方式
7.3.1 中断的基本概念
7.3.2 程序中断处理过程
7.3.3 程序中断系统应解决的问题
7.3.4 程序中断方式的基本接口
7.3.5 向量中断方式程序基本结构
7.4 直接存储器访问（DMA）方式
7.4.1 DMA方式基本概念
7.4.2 DMA的传送方式
7.4.3 基本的DMA控制器和DMA数据传送过程
7.4.4 选择型和多路型DMA控制器
7.5 通道方式
7.5.1 通道的功能
7.5.2 通道的类型
7.5.3 通道工作过程
本章小结
习题7
参考文献