計算機組成原理

本書是專門為高職高專計算機專業及相關專業編寫的計算機教材。全書按計算機基礎、組成、系統三個層介紹了計算機的組成原理。基礎部分包括計算機系統概述、信息編碼及在計算機中的表示、代碼校驗、計算機的基本器件、機器數據的運算方法；組成部分包括運算器、指令系統、主存儲器和中央處理器；系統部分包括計算機的存儲系統、系統總線、外圍設備和輸入輸出系統。本書針對高職高專的教學特點編寫內容，立足於計算機專業，併兼顧非計算機專業，注重內容的先進性、實用性、以教授技能為主，但不忽視理論知識，使本書既有一定的知識面，又突出實用技能，體現最新技術。 本書內容充實，概念清晰，重點突出，通俗易懂，例題豐富，每章後均附有相當數據量的習題和作業。是高職高專層次計算機專業及相關專業的適宜教材。 ^[1] 

計算機組成原理第1章計算機系統概述11.1計算機系統的硬件與軟件1

1.1.1計算機硬件和軟件的概念1

1.1.2計算機的硬件3

1.1.3計算機程序、指令和語言6

1.2計算機系統的層次結構8

1.3計算機的分類及其應用9

1.3.1計算機的分類9

1.3.2計算機的應用9

1.4計算機的特點和主要性能指標13

1.4.1計算機的特點13

1.4.2計算機的性能指標15

1.5電子計算機的發展16

1.5.1電子計算機的發展歷史16

1.5.2微型計算機的發展19

1.5.3計算機的發展趨勢20

1.5.4我國計算機產業的發展21

習題124

第2章信息編碼及其在計算機中的表示27

2.1信息的數字化編碼27

2.2進位計數制及其相互轉換28

2.2.1常用的進位計數制28

2.2.2常用進位計數制間的相互轉換30

2.3非數值數據的表示33

2.3.1字符數據的表示33

2.3.2漢字編碼34

2.4數值數據的表示和運算41

2.4.1機器數41

2.4.2定點數的原碼、反碼、補碼和移碼46

2.4.3定點數和浮點數50

2.4.4十進制數的編碼53

2.5數據校驗碼56

2.5.1碼制的距離57

2.5.2奇偶校驗碼57

2.5.3漢明碼58

2.5.4循環冗餘校驗碼60

習題262

計算機組成原理目錄第3章計算機的基本器件67

3.1基本邏輯操作與邏輯門的實現67

3.1.1三種基本邏輯運算67

3.1.2邏輯門的實現68

3.1.3正邏輯與負邏輯68

3.2組合邏輯電路69

3.2.1加法器69

3.2.2算術邏輯單元70

3.2.3譯碼器71

3.2.4數據選擇器73

3.3時序邏輯電路73

3.3.1觸發器73

3.3.2寄存器76

3.3.3計數器79

3.4總線緩衝器和總線控制器81

3.4.1總線緩衝器81

3.4.2總線控制器82

3.5時鐘發生器83

3.5.1時鐘發生器芯片8284介紹83

3.5.28284與CPU的連接85

習題385

第4章機器數的運算方法及運算器88

4.1機器數的加減運算及其實現88

4.1.1原碼加法88

4.1.2補碼加法89

4.1.3減法運算93

4.1.4補碼加減運算線路的實現94

4.2定點乘法及其實現95

4.2.1原碼一位乘法及其實現95

4.2.2定點補碼一位乘法及其實現98

4.2.3原碼兩位乘法102

4.2.4補碼兩位乘法103

4.3定點除法及其實現105

4.3.1定點原碼除法105

4.3.2定點補碼除法108

4.4浮點數的算術運算110

4.4.1浮點數的補碼加法運算110

4.4.2浮點數的乘法運算111

4.4.3浮點數的除法運算111

4.5運算器的組成和結構112

4.5.1算術邏輯單元ALU112

4.5.2通用寄存器組115

4.5.3狀態寄存器115

4.5.4數據通路116

4.5.5運算器的基本結構119

4.5.6運算器組成實例121

4.6浮點運算器123

4.6.180387的主要性能124

4.6.280387的內部結構124

4.6.380387的硬件特性127

4.6.4協處理器的工作方式127

習題4128

第5章指令系統131

5.1機器指令的格式131

5.1.1指令的含義131

5.1.2指令格式131

5.1.3指令格式舉例134

5.1.4指令操作碼的編碼格式134

5.1.5指令字長度與機器字長的關係136

5.1.6指令助記符137

5.2尋址方式138

5.2.1尋址方式和有效地址的概念138

5.2.2基本尋址方式139

5.2.3尋址方式舉例143

5.3指令的種類145

5.3.1數據傳送類指令145

5.3.2算術邏輯運算類指令146

5.3.3字符串處理指令147

5.3.4輸入/輸出（I/O）指令148

5.3.5特權指令和陷阱指令149

5.3.6轉移指令150

5.3.7子程序調用指令150

5.3.8處理器控制指令152

5.4指令的執行方式152

5.4.1指令的順序執行方式152

5.4.2重疊執行方式153

5.4.3流水線方式154

5.4.4指令的執行過程154

5.5精簡指令計算機（RISC）的指令系統159

5.5.1RISC的由來與發展159

5.5.2RISC的特點160

5.5.3RISC指令系統舉例160

習題5163

第6章計算機的存儲系統167

6.1存儲器與存儲系統概述167

6.1.1存儲器的作用167

6.1.2存儲器分類168

6.1.3存儲器的層次結構170

6.2主存儲器172

6.2.1主存儲器的性能技術指標172

6.2.2隨機存取存儲器174

6.2.3只讀存儲器190

6.3並行主存儲器195

6.4高速緩衝存儲器199

6.4.1高速緩衝存儲器的工作原理199

6.4.2高速緩衝器的組織與管理201

6.5虛擬存儲器205

6.5.1虛擬存儲器的基本概念205

6.5.2頁式虛擬存儲器207

6.5.3段式虛擬存儲器211

6.5.4段頁式虛擬存儲器211

6.6存儲保護213

6.6.1存儲區域保護214

6.6.2訪問方式保護216

習題6217 ^[2] 

第7章中央處理器220

7.1CPU的功能及組成220

7.1.1CPU的功能220

7.1.2CPU的組成221

7.1.3CPU中的主要寄存器222

7.1.4操作控制器和時序產生器224

7.2指令週期224

7.2.1指令週期的基本概念224

7.2.2非訪內指令的指令週期226

7.2.3直接訪內指令的指令週期228

7.2.4間接訪內指令的指令週期231

7.2.5程序控制指令的指令週期233

7.3組合邏輯控制器234

7.3.1組合邏輯控制器原理234

7.3.2組合邏輯控制器舉例235

7.4微程序控制器238

7.4.1微程序控制器的基本原理238

7.4.2微指令結構241

7.4.3串/並行微程序控制248

7.4.4動態微程序設計248

7.4.5毫微程序設計249

7.5門陣列控制器251

7.5.1通用可編程邏輯器件251

7.5.2門陣列控制器253

7.6流水線處理器255

7.6.1流水線原理255

7.6.2流水線分類257

7.6.3流水線中的相關問題258

7.7RISC硬件結構261

7.7.1RISC特點261

7.7.2RISCCPU263

7.7.3RISC寄存器264

7.8CPU的發展266

7.8.1CPU採用的新技術266

7.8.2CPU的新發展269

習題7273

第8章系統總線276

8.1總線概述276

8.1.1總線原理276

8.1.2總線結構類型277

8.1.3總線的分類279

8.1.4數據總線、地址總線和控制總線281

8.2總線的組成282

8.2.1總線驅動和三態門283

8.2.2總線控制284

8.2.3總線通信287

8.2.4出錯處理288

8.3微機總線288

8.3.1工業標準總線ISA289

8.3.2微通道總線MCA289

8.3.3擴充的工業標準總線EISA291

8.3.4局部總線PCI291

8.3.5AGP總線292

8.3.6通用串行總線USB293

習題8295

第9章外圍設備298

9.1外圍設備概述298

9.1.1什麼是外圍設備298

9.1.2外圍設備的分類和功能298

9.1.3外圍設備與主機系統的聯繫302

9.1.4外圍設備的發展方向304

9.2輸入設備305

9.2.1鍵盤305

9.2.2圖形輸入設備307

9.2.3其他輸入設備308

9.3顯示設備310

9.3.1顯示設備分類及顯示技術的有關術語310

9.3.2字符顯示器313

9.3.3圖形顯示器316

9.3.4圖像顯示器318

9.4打印機319

9.4.1打印機的分類319

9.4.2點陣式打印機320

9.4.3激光打印機323

9.4.4噴墨打印機325

9.5磁記錄設備326

9.5.1磁記錄設備概述326

9.5.2硬磁盤存儲器331

9.5.3軟磁盤存儲器335

9.5.4磁帶存儲器339

9.6光盤存儲器341

9.6.1概述341

9.6.2光盤存儲器的組成342

9.6.3光盤存儲器工作原理343

9.7移動存儲設備344

9.7.1移動存儲設備的分類344

9.7.2愛國者“迷你王”346

9.7.3快閃存儲器346

習題9347

第10章輸入輸出系統350

10.1I/O系統概述350

10.1.1I/O系統的功能與組成350

10.1.2輸入輸出設備的尋址方式351

10.1.3輸入輸出數據傳輸控制方式352

10.2程序查詢輸入輸出方式353

10.2.1程序查詢方式的接口353

10.2.2程序查詢輸入輸出方式354

10.3程序中斷輸入輸出方式355

10.3.1中斷的基本概念355

10.3.2中斷方式的接口357

10.3.3中斷的響應和處理358

10.3.4多級中斷359

10.4DMA方式361

10.4.1DMA方式的基本概念361

10.4.2DMA傳輸方式362

10.4.3基本的DMA控制器363

10.4.4DMA工作過程364

10.5通道方式366

10.5.1通道的作用和功能366

10.5.2通道的種類367

10.5.3通道的工作過程368

習題10369

參考文獻372 ^[2]