計算機組成與結構

本書是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，1，2章為基礎部分，介紹計算機的基本構成、數據的表示方法；第3～9章詳細介紹運算器、存儲器、控制器、輸入和輸出等各部件的構成、功能及相關算法；第10章簡單介紹計算機硬件技術的發展。本書內容全面，實例豐富，各章配有習題，併為任課教師免費提供電子課件服務。

本書可作為計算機本科或高職高專學生教材，也可以作為計算機技術人員的參考書。

第1章 概述

1.1 計算機的定義和特性

1.1.1 什麼是計算機

1.1.2 計算機的特性

1.2 計算機的發展歷程

1.2.1 電子計算機的誕生

1.2.2 第一代計算機

1.2.3 第二代計算機

1.2.4 第三代計算機

1.2.5 第四代計算機

1.2.6 新一代計算機

1.2.7 我國計算機的發展

1.3 計算機的組成與結構

1.3.1 計算機系統的層次結構

1.3.2 計算機硬件

1.3.3 計算機軟件

1.4 計算機的分類與應用

1.4.1 計算機的分類

1.4.2 計算機應用

習題1

第2章 數據的表示

2.1 數據、信息和媒體

2.1.1 數據

2.1.2 信息

2.1.3 媒體

2.2 數字化信息編碼

2.3 數值數據的編碼表示

2.3.1 進位計數制及其各進位制數之間的轉換

2.3.2 定點與浮點表示

2.3.3 編碼系統

2.3.4 無符號數的表示

2.3.5 浮點數的編碼表示

2.3.6 十進制數的二進制編碼表示

2.4 非數值數據的編碼表示

2.4.1 邏輯數據

2.4.2 西文字符

2.4.3 漢字字符

2.4.4 多媒體信息

2.5 二進制信息的計量單位

2.6 數據校驗碼

2.6.1 奇偶校驗碼

2.6.2 海明校驗碼

2.6.3 循環冗餘校驗碼

習題2

第3章 運算器與運算方法

3.1 基本組成

3.2 算術與邏輯單元

3.2.1 半加器與全加器

3.2.2 串行進位與並行進位

3.2.3 ALU部件

3.3 定點加、減法運算

3.3.1 補碼定點加、減法

3.3.2 原碼定點加、減法

3.4 定點乘法運算

3.4.1 原碼一位乘法

3.4.2 原碼二位乘法

3.4.3 補碼一位乘法

3.4.4 補碼二位乘法

3.4.5 陣列乘法器

3.5 定點除法運算

3.5.1 原碼除法運算

3.5.2 補碼除法運算

3.5.3 陣列除法器

3.6 浮點運算

3.6.1 浮點加、減法運算

3.6.2 浮點乘、除法運算

3.7 十進制數的加、減法運算

習題3

第4章 存儲系統

4.1 存儲器概述

4.1.1 存儲器的主要性能指標

4.1.2 存儲器分類

4.1.3 存儲器結構

4.2 半導體讀寫存儲器

4.2.1 基本存儲單元

4.2.2 半導體RAM芯片

4.3 半導體只讀存儲器

4.3.1 掩模只讀存儲器（Masked ROM）

4.3.2 可編程ROM（PROM）

4.3.3 可擦除和編程的ROM（EPROM）

4.3.4 電擦除電改寫只讀存儲器（EEPROM）

4.4 高速緩衝存儲器

4.4.1 工作原理

4.4.2 映射方式

4.4.3 替換算法

4.4.4 “Cache—主存”內容的一致性問題

4.4.5 Cache 結構舉例

4.5 虛擬存儲器

4.5.1 虛擬存儲器的功能

4.5.2 虛擬存儲器的基本管理方法

4.6 輔助存儲器

4.6.1 磁表面存儲器

4.6.2 光盤存儲器

習題4

第5章 指令系統

5.1 指令格式

5.1.1 指令的格式

5.1.2 指令長度

5.2 尋址方式

5.3 指令類型

5.4 堆棧和堆棧存取方式

5. 5 指令系統舉例

5.5.1 IBM 370系列機指令格式

5.5.2 PDP-11指令格式

5.5.3 Pentium指令系統

5.5.4 PowerPC指令系統

5.6 CISC與RISC指令

5.7 MMX技術

習題5

第6章 中央處理機組織

6.1 CPU的結構與功能

6.1.1 CPU的組成與操作

6.1.2 CPU時序控制方式

6.1.3 CPU控制流程

6.1.4 控制器的組成

6.1.5 一條完整指令的執行

6.1.6 CPU性能設計

6.1.7 典型CPU舉例

6.2 組合邏輯控制與PLA控制

6.2.1 組合邏輯控制

6.2.2 PLA控制

6.3 微程序控制

6.3.1 Wilkes微程序控制

6.3.2 基本概念

6.3.3 微指令的格式與編碼

6.3.4 微指令地址的生成

6.3.5 微程序設計舉例

6.3.6 微程序應用

6.4 微處理器的若干新技術

習題6

第7章 總線及總線互連結構

7.1 總線的基本概念

7.1.1 總線的特性和分類

7.1.2 系統總線的組成

7.1.3 總線的數據傳輸方式

7.2 總線設計的要素

7.2.1 信號線類型

7.2.2 總線裁決

7.2.3 定時方式

7.2.4 總線事務類型

7.2.5 總線帶寬

7.3 總線接口單元

7.4 總線標準

7.4.1 ISA總線

7.4.2 EISA總線

7.4.3 VL總線（VESA總線）

7.4.4 PCI總線

7.4.5 SCSI總線

7.4.6 EIA-232-D總線

7.4.7 USB通用串行總線

7.4.8 IEEE 1394總線

7.5 多總線分級結構

7.5.1 單總線結構

7.5.2 雙總線結構

7.5.3 三總線結構

7.5.4 多總線分級結構舉例

習題7

第8章 輸入/輸出設備

8.1 輸入/輸出設備的分類與特點

8.1.1 分類

8.1.2 特點

8.2 輸入設備

8.2.1 鍵盤

8.2.2 鼠標器

8.3 打印機

8.3.1 打印機的種類

8.3.2 點陣打印機

8.3.3 激光打印機

8.4 顯示器

8.4.1 監視器

8.4.2 光柵掃描顯示器工作原理

8.4.3 IBM PC圖形顯示器

習題8

第9章 輸入/輸出組織

9.1 I/O接口

9.1.1 I/O接口的功能

9.1.2 I/O接口的結構

9.1.3 I/O接口的分類

9.2 I/O設備的尋址

9.2.1 操作系統在I/O中的作用

9.2.2 I/O端口的編址

9.3 I/O數據傳送控制方式

9.3.1 I/O控制方式類型

9.3.2 程序直接控制方式

9.4 程序中斷方式

9.4.1 中斷的概念

9.4.2 中斷的分類

9.4.3 中斷系統的基本職能和結構

9.4.4 中斷過程

9.5 直接存儲器存取（DMA）方式

9.5.1 3種DMA方式

9.5.2 DMA接口的結構和功能

9.5.3 DMA操作步驟

9.5.4 DMA與存儲器系統

9.6 通道和I/O處理器方式

9.6.1 通道的基本概念

9.6.2 通道的種類

9.6.3 通道程序

9.6.4 輸入/輸出處理機

9.7 外部接口

9.7.1 串行接口

9.7.2 並行接口

習題9

第10章 計算機硬件技術的發展

10.1 並行處理

10.1.1 發展歷程、分類與應用

10.1.2 陣列機

10.1.3 多處理機系統

10.1.4 分佈式系統

10.2 新一代計算機

10.2.1 生物計算機

10.2.2 超導計算機

10.2.3 量子計算機

10.2.4 納米計算機

10.2.5 光計算機

習題10

參考文獻