計算機組成原理

本書系統地介紹了計算機的基本組成、基本原理和基本分析方法。全書共7章，內容包括計算機系統概述、運算方法與運算器、存儲器與存儲體系、指令系統、控制器與中央處理器、輸入輸出系統和系統總線，涉及計算機從部件到整機的組織結構和工作原理。本書力求深入淺出，理論聯繫實際，每章均附有習題，可作為高等院校計算機專業教材，也可作為相關科技人員的參考書。 ^[1] 

本書共分7章，授課學時為70～90學時，在教學中可根據具體情況對教材內容取捨。

第1章計算機系統概論首先透過計算機的發展歷程探究計算機技術飛速發展的動力所在，然後介紹了馮·諾依曼結構計算機的基本組成，使讀者建立整體概念，瞭解計算機各部件之間的關係，有利於後續的學習。

第2章討論運算方法和運算器，包括數制與編碼的基礎知識，數據的表示方法和校驗方法，定點數和浮點數的四則運算及溢出判斷方法，運算器的組織結構及數據加工流程。

第3章介紹存儲器和存儲體系。存儲器以“存儲位元－存儲器芯片－主存儲器”為主線，講述相關的半導體存儲器原理和主存儲器的構成；存儲體系以“高速緩存－主存－虛擬存儲”為層次，討論如何解決速度與容量的矛盾。 ^[1] 

第1章計算機系統概述

1.1計算機的發展歷程

1.2計算機硬件的基本組成

1.2.1主存儲器

1.2.2運算器

1.2.3控制器

1.2.4輸入輸出設備

1.2.5計算機的總線結構

1.3程序設計語言和計算機的層次結構

1.4計算機的主要性能指標

1.4.1機器字長

1.4.2運行速度

習題

第2章運算方法與運算器

2.1數制與編碼

2.1.1進位計數制及其相互轉換

2.1.2機器數的表示

2.1.3十進制數的二進制編碼

2.1.4非數值數據的表示

2.1.5數據信息的校驗

2.2機器數的定點表示和浮點表示

2.2.1定點數的表示

2.2.2浮點數的表示

2.3定點數加減法運算

2.3.1加法器及其進位鏈

2.3.2原碼加減運算方法

2.3.3補碼加減運算方法

2.3.4補碼加減運算的邏輯實現

2.4定點數移位運算

2.5定點乘法運算

2.5.1原碼乘法運算

2.5.2補碼乘法運算

2.5.3陣列乘法器

2.6定點除法運算

2.6.1原碼除法運算

2.6.2補碼除法運算

2.6.3陣列除法器

2.7浮點數的四則運算

2.7.1浮點加減運算

2.7.2浮點乘除運算

2.8運算器的組織

2.8.1邏輯運算與算術邏輯單元ALU

2.8.2定點運算器的組成與結構

2.8.3浮點運算器的組成與結構

習題

第3章存儲器和存儲體系

3.1存儲器概述

3.1.1存儲器的分類

3.1.2存儲器的性能指標

3.2半導體隨機存取存儲器

3.2.1靜態隨機存取存儲位元

3.2.2動態隨機存取存儲位元

3.2.3半導體隨機存取存儲芯片

3.2.4高級DRAM

3.3半導體只讀存儲器

3.3.1掩模型只讀存儲器

3.3.2一次可編程只讀存儲器

3.3.3可擦除可編程只讀存儲器

3.3.4電可擦除可編程只讀存儲器

3.3.5Flash存儲器

3.4主存儲器的組織

3.4.1主存儲器容量的擴充

3.4.2主存儲器的編址方式

3.5並行存儲器

3.5.1雙端口存儲器

3.5.2多模塊交叉存儲器

3.5.3相聯存儲器

3.6高速緩衝存儲器cache

3.6.1cache的基本原理

3.6.2地址映像

3.6.3替換算法

3.6.4cache的讀寫策略

3.7虛擬存儲器

3.7.1虛擬存儲器的基本概念

3.7.2頁式虛擬存儲器

3.7.3段式虛擬存儲器

3.7.4段頁式虛擬存儲器

3.7.5快表與慢表

3.8存儲體系的層次結構

習題

第4章指令系統

4.1指令系統的基本概念

4.1.1指令和指令系統

4.1.2指令的格式

4.1.3指令的類型

4.2尋址方式

4.2.1數據尋址

4.2.2指令尋址

4.3RISC技術

4.3.1RISC的產生及發展

4.3.2RISC的主要特徵

4.3.3RISC與CISC的比較

4.4指令系統設計舉例

4.4.1JUC1模型機指令系統

4.4.2JUC1模型機彙編程序設計舉例

習題

第5章控制器和中央處理器

5.1控制器概述

5.1.1控制器基本組成

5.1.2控制器的工作過程

5.1.3控制器的實現方式

5.2模型機CPU的數據通路

5.3指令執行流程

5.3.1取指令階段

5.3.2取操作數階段

5.3.3執行階段

5.3.4指令執行的微操作序列舉例

5.4組合邏輯控制器

5.4.1同步控制和異步控制

5.4.2多級時序系統

5.4.3組合邏輯控制器的設計

5.5微程序控制器

5.5.1微程序控制基本原理

5.5.2微指令編碼方式

5.5.3微程序的順序控制

5.5.4微程序控制的時序

5.6模型機的微程序控制器設計

5.6.1微指令編碼設計

5.6.2微地址形成邏輯

5.6.3微程序設計舉例

5.7流水線技術

5.7.1流水線的基本原理

5.7.2流水線的性能指標

5.7.3流水線的分類

5.7.4指令流水線的相關與衝突

5.7.5超標量與超流水線

習題 ^[2] 

第6章輸入輸出系統

6.1常用輸入設備和輸出設備

6.1.1輸入設備

6.1.2輸出設備

6.2輔助存儲器

6.2.1磁記錄原理及記錄方式

6.2.2磁盤存儲器

6.2.3磁帶存儲器

6.2.4光盤存儲器

6.3輸入輸出接口

6.3.1接口概述

6.3.2接口功能和組成

6.3.3I/O端口的編址方式

6.3.4接口的類型

6.3.5I/O接口與主機之間信息傳送的控制方式

6.4程序查詢控制方式

6.4.1基本概念

6.4.2程序查詢方式的工作流程

6.4.3程序查詢方式的接口組成

6.5程序中斷方式

6.5.1中斷的基本概念

6.5.2中斷的基本過程和相關概念

6.5.3中斷優先級

6.5.4中斷響應

6.5.5中斷服務程序入口地址的獲取

6.5.6中斷嵌套和中斷屏蔽

6.6直接存儲器存取（DMA）方式

6.6.1DMA方式的基本概念

6.6.2DMA方式的傳送過程

6.6.3DMA的傳送方式

6.6.4DMA的接口組成

6.7I/O通道控制方式

6.7.1通道的基本概念

6.7.2通道的功能

6.7.3通道的類型

6.7.4通道的工作過程

6.7.5通道結構的發展

習題

第7章系統總線

7.1總線概述

7.1.1總線的特性及性能指標

7.1.2總線的分類

7.1.3系統總線標準化

7.1.4系統總線的結構形式

7.2系統總線仲裁方式

7.2.1總線爭用和仲裁的定義

7.2.2集中式總線仲裁

7.2.3分佈式總線仲裁

7.3系統總線操作時序和操作方式

7.3.1操作時序的類型

7.3.2系統總線操作方式

7.4典型微機系統總線結構舉例

7.4.1ISA總線結構

7.4.2PCI總線結構

7.4.3PCI Express總線結構

習題 ^[2]