北京邮电大学出版社

本书系统地介绍了计算机单机系统的组成结构与工作原理，包括计算机系统概述、运算方法和运算器、存储系统、指令系统、中央处理器、总线系统以及输入/输出系统，引入了最新主存储器、CPU总线、存储总线、I/O总线，以及RISCV指令系统等内容。
本书兼顾理论性、应用性和实践性：理论和概念讲解具象化，并精心设计大量针对性的例题和习题；引入应用案例揭示计算机专业课程之间的内在联系；引导读者利用所学知识来解释、解决计算机应用问题。本书所述的组成结构和原理，向上归结为方法论，向下则延伸到实际应用，深入浅出，融会贯通，以期达到易懂、实用、生动和有趣的目的。
本书可作为高等院校计算机及相关专业本科生的教材，也可作为研究生备考、成人自学考试以及大专院校学生的参考用书，还可供计算机研发人员参考。

目录介绍

目录

第1章计算机系统概述1

1.1计算机的发展历程1

1.1.1计算机的起源1

1.1.2计算机的发展简史2

1.1.3计算机硬件发展的特点和规律3

1.1.4计算机的形态和分类4

1.1.5丘奇图灵论题6

1.2计算机的基本组成6

1.2.1冯·诺依曼计算机原型6

1.2.2计算机硬件组成和工作原理8

1.2.3个人计算机的物理结构12

1.2.4计算机软件分类13

1.3计算机系统的层级结构13

1.3.1计算机系统的层级结构概述13

1.3.2计算机体系结构和计算机组成14

1.3.3计算机硬件和软件的逻辑等价性15

1.4计算机系统的性能指标16

1.5本章小结18

习题19

第2章运算方法和运算器21

2.1数据信息和二进制编码21

2.1.1数据信息21

2.1.2进位计数制22

2.2数据的编码表示25

2.2.1符号位的表示25

2.2.2定点数表示29

2.2.3浮点数表示31

2.2.4十进制数的表示35

2.2.5非数值数据的表示36

2.2.6数据的宽度和存储顺序41

2.3数据的校验43

2.3.1奇偶校验43

2.3.2海明校验*45

2.3.3循环冗余校验46

2.4定点运算和定点运算器47

2.4.1定点数的加、减法运算48

2.4.2定点数的乘、除法运算52

2.4.3逻辑运算53

2.4.4定点运算器55

2.5浮点运算和浮点运算器60

2.5.1浮点数的加、减法运算60

2.5.2浮点数的乘、除法运算66

2.5.3浮点运算器66

2.5.4浮点运算流水线67

2.6本章小结68

习题70

第3章存储系统73

3.1存储器概述73

3.1.1存储器容量单位73

3.1.2存储器的分类74

3.1.3存储器的多级结构76

3.2半导体存储器77

3.2.1随机读写存储器77

3.2.2微型计算机内存79

3.2.3只读存储器81

3.3主存储器83

3.3.1主存储器技术指标83

3.3.2主存储器的基本组成84

3.3.3主存储器扩展86

3.4高速存储器92

3.4.1双端口存储器92

3.4.2单体多字存储器93

3.4.3多模块存储器94

3.4.4相联存储器97

3.5高速缓冲存储器98

3.5.1cache的基本原理98

3.5.2cache主存地址映射方式102

3.5.3替换策略107

3.5.4写操作策略107

3.6虚拟存储器108

3.6.1虚拟存储器的基本原理108

3.6.2页式虚拟存储器109

3.6.3段式虚拟存储器110

3.6.4段页式虚拟存储器111

3.6.5快表111

3.6.6内页表和外页表112

3.6.7CPU访存过程总结112

3.6.8替换算法113

3.7本章小结114

习题115

第4章指令系统119

4.1指令系统概述119

4.1.1机器指令和指令系统119

4.1.2指令系统的设计要求119

4.2指令格式120

4.2.1指令的组成120

4.2.2操作码121

4.2.3地址码121

4.2.4二地址指令类型123

4.3指令字长和指令助记符124

4.3.1指令字长124

4.3.2定长指令和不定长指令125

4.3.3指令助记符125

4.4指令种类126

4.4.1指令操作种类126

4.4.2操作数风格分类127

4.5寻址方式128

4.5.1指令寻址方式128

4.5.2操作数寻址方式129

4.6RISC技术136

4.7指令系统实例138

4.7.1ARM指令系统138

4.7.2RISCV指令系统141

4.8本章小结145

习题146

第5章中央处理器148

5.1CPU的功能和组成148

5.1.1CPU的功能148

5.1.2CPU的基本组成149

5.1.3CPU中的主要寄存器151

5.1.4操作控制器和时序发生器153

5.2CPU的工作过程153

5.2.1指令的执行过程153

5.2.2指令周期154

5.2.3数据通路159

5.2.4时序信号和时序发生器165

5.2.5控制方式166

5.3操作控制器167

5.3.1组合逻辑控制器167

5.3.2微程序控制器169

5.3.3硬布线逻辑控制器与微程序控制器的比较174

5.4流水线技术174

5.4.1并行处理技术概述174

5.4.2流水线技术概述175

5.4.3流水线中的冒险处理180

5.5本章小结183

习题184

第6章总线系统187

6.1总线系统概述187

6.1.1总线的基本概念187

6.1.2总线的特性及其标准化189

6.1.3总线性能指标190

6.2总线结构191

6.2.1总线内部结构191

6.2.2总线接口193

6.2.3总线的连接方式193

6.3总线控制与通信197

6.3.1总线控制方式197

6.3.2总线通信方式199

6.3.3信息传送方式200

6.4总线系统实例201

6.4.1微型计算机多总线结构202

6.4.2微型计算机总线介绍203

6.5本章小结205

习题206

第7章输入/输出系统208

7.1外围设备的分类和特点208

7.1.1外围设备的基本结构208

7.1.2外围设备的分类209

7.1.3外围设备的特点209

7.1.4常见的输入/输出设备209

7.1.5外部存储器212

7.2I/O接口217

7.2.1I/O接口的功能和基本结构217

7.2.2I/O编址方式219

7.3输入/输出控制方式220

7.4程序中断方式222

7.4.1中断的基本概念222

7.4.2I/O中断的产生和执行222

7.4.3中断源和中断分级223

7.4.4程序中断的接口电路224

7.5DMA方式227

7.5.1DMA的基本概念227

7.5.2基本的DMA控制器229

7.5.3选择型DMA控制器和多路型DMA控制器232

7.6本章小结234

习题235

参考文献237