本書為"十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材。本書以當前主流微型計算機技術為背景，以建立系統(tǒng)級的整機概念為目的，深入介紹計算機各功能子系統(tǒng)的邏輯組成和工作機制。全書共6章，第1章概述計算機的基本概念、發(fā)展歷程和系統(tǒng)的硬件、軟件組織及計算機相關的性能指標；第2章介紹數(shù)據(jù)信息的表示、運算和校驗方法；第3章介紹CPU的一般模型、指令系統(tǒng)和X86架構、MIPS32架構簡易CPU的設計；第4章介紹存儲子系統(tǒng)的存儲原理、主存設計和計算機三級存儲體系等；第5章介紹總線與I/O子系統(tǒng)，包括接口、總線以及中斷、DMA和IOP、PPU等I/O傳輸控制模式；第6章介紹鍵盤原理、顯示器件和打印機等外圍設備。本書可作為高等院校計算機及相關專業(yè)"計算機組成原理”及相關課程的配套教材，也可作為從事計算機專業(yè)考研和工程技術人員的參考書。
紀祿平，男，博士、副教授/博導 1999年6月畢業(yè)于北京理工大學，獲機械電子工程學士學位。2005年6月和2008年6月畢業(yè)于電子科技大學，分獲計算機應用技術碩士學位和計算機軟件與理論博士學位。2008年博士畢業(yè)后留校，一直在計算機科學與工程學院專職從事教學和科研工作，期間于2016年9月至2017年9月在休斯敦大學（美國）訪問學習。 主要科研方向為神經(jīng)網(wǎng)絡、深度學習和模式識別，主持完成國家自然科學基金面上項目、中央高校科研基金和教育部博士點基金等項目，在IEEE Transactions on Cybernetics、Pattern Recognition、IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics以及Neurocomputing等計算機領域主流期刊和國際會議上累積發(fā)表論文20余篇，獲得發(fā)明專利（中國）授權4件。
目 錄
第1章 概論 1
1.1 計算機的基本概念 1
1.1.1 信息的數(shù)字化表示 2
1.1.2 存儲程序工作方式 5
1.1.3 計算機的分類 6
1.2 計算機的誕生與發(fā)展 8
1.2.1 馮·諾依曼體系 8
1.2.2 計算機發(fā)展歷程 9
1.2.3 未來的發(fā)展趨勢 11
1.3 計算機系統(tǒng)的組織 13
1.3.1 硬件系統(tǒng) 13
1.3.2 軟件系統(tǒng) 18
1.3.3 計算機系統(tǒng)層次結構 20
1.4 計算機性能的主要評價指標 23
習題1 27
第2章 數(shù)據(jù)的表示、運算和校驗 28
2.1 數(shù)值型數(shù)據(jù) 28
2.1.1 進位計數(shù)制 28
2.1.2 帶符號數(shù)的表示 34
2.1.3 定點數(shù)與浮點數(shù) 39
2.2 字符型數(shù)據(jù) 45
2.3 數(shù)據(jù)代碼的處理與存儲 47
2.4 基本運算方法 50
2.4.1 定點加減運算 50
2.4.2 定點乘法運算 55
2.4.3 定點除法運算 62
2.4.4 IEEE 754浮點數(shù)四則運算 67
2.5 常用的數(shù)據(jù)校驗方法 69
2.5.1 奇偶校驗 70
2.5.2 海明校驗 71
2.5.3 循環(huán)冗余校驗 73
習題2 75
第3章 CPU子系統(tǒng) 78
3.1 CPU概述 79
3.1.1 硬件結構模型 79
3.1.2 基本功能與控制 85
3.1.3 CPU的發(fā)展歷程 91
3.2 指令系統(tǒng) 93
3.2.1 CISC與RISC 93
3.2.2 指令的一般格式 94
3.2.3 常見尋址方式 100
3.2.4 指令功能和類型 112
3.3 加法器與運算部件 119
3.3.1 加法器及其進位邏輯 119
3.3.2 算術邏輯運算單元 123
3.3.3 運算器的組織 127
3.4 x86架構模型機CPU設計 129
3.4.1 模型機指令系統(tǒng) 129
3.4.2 基本部件與數(shù)據(jù)通路 133
3.4.3 指令流程與微命令 137
3.4.4 組合邏輯控制 151
3.4.5 微程序控制 161
3.5 MIPS32架構CPU設計實例 180
3.5.1 MIPS32指令架構 181
3.5.2 基本的組成部件 186
3.5.3 單周期模式 189
3.5.4 多周期模式 201
3.5.5 指令的時間特性 219
3.6 CPU高級技術介紹 224
3.6.1 流水技術 224
3.6.2 SMT與超線程 228
3.6.3 多核技術介紹 229
習題3 232
第4章 存儲子系統(tǒng) 235
4.1 存儲子系統(tǒng)概述 235
4.1.1 存儲系統(tǒng)的層次結構 235
4.1.2 存儲器的分類 239
4.1.3 存儲器的技術指標 242
4.2 半導體存儲原理及芯片 243
4.2.1 靜態(tài)MOS芯片 243
4.2.2 動態(tài)MOS芯片 247
4.2.3 RAM型存儲器 254
4.2.4 ROM型存儲器 257
4.3 主存儲器的組織 261
4.3.1 主存的設計原則 261
4.3.2 主存的邏輯設計 263
4.3.3 主存與CPU的連接與控制 267
4.4 磁表面存儲原理 269
4.4.1 存儲介質(zhì)與磁頭 270
4.4.2 磁記錄編碼方式 273
4.5 磁盤存儲器及其接口 277
4.5.1 硬盤存儲器 277
4.5.2 磁盤技術指標與校驗 285
4.5.3 磁盤適配器 287
4.6 光存儲原理及器件 290
4.6.1 光存儲原理 290
4.6.2 光盤存儲器與光驅 293
4.7 計算機的三級存儲體系 296
4.7.1 基本概念 297
4.7.2 Cache與內(nèi)存的數(shù)據(jù)交互 298
4.7.3 內(nèi)存與外存的數(shù)據(jù)交互 305
4.8 高性能存儲系統(tǒng)介紹 310
4.8.1 多端口存儲器 310
4.8.2 獨立磁盤冗余陣列 311
4.8.3 并行存儲系統(tǒng) 312
4.8.4 聯(lián)想存儲系統(tǒng) 317
習題4 318
第5章 總線與輸入/輸出子系統(tǒng) 321
5.1 輸入/輸出子系統(tǒng)概述 321
5.1.1 總線與接口簡介 322
5.1.2 輸入/輸出與控制 325
5.2 計算機系統(tǒng)中的總線 328
5.2.1 總線的特性與分類 329
5.2.2 總線的技術規(guī)范 331
5.2.3 總線的設計要素 332
5.2.4 PCI-E總線介紹 338
5.3 直接程序傳送模式 343
5.4 中斷處理模式 344
5.4.1 中斷的基本概念 344
5.4.2 中斷請求與優(yōu)先級裁決 349
5.4.3 中斷響應與中斷服務程序 354
5.4.4 中斷接口的邏輯模型 360
5.5 DMA模式與接口 363
5.5.1 DMA基本概念 364
5.5.2 DMA控制器與接口的連接 367
5.5.3 DMA控制器的組成 370
5.5.4 DMA傳輸操作過程 374
5.5.5 典型的DMA接口舉例 375
5.6 IOP和PPU模式 380
5.6.1 通道的系統(tǒng)結構 380
5.6.2 通道的類型 381
5.6.3 通道的工作原理 382
習題5 384
第6章 輸入/輸出設備 386
6.1 輸入/輸出設備概述 386
6.1.1 設備的基本功能 386
6.1.2 設備的種類 387
6.1.3 主機與設備的信息交互 389
6.2 鍵盤的工作原理 390
6.2.1 鍵盤的類型 391
6.2.2 硬件掃描鍵盤 393
6.2.3 軟件掃描鍵盤 394
6.3 顯示設備及適配器 397
6.3.1 常見的顯示器 397
6.3.2 顯示成像原理 399
6.3.3 LCD顯示器 405
6.3.4 適配器及其接口 412
6.4 打印設備及其接口 414
6.4.1 打印設備概述 414
6.4.2 點陣針式打印機 416
6.4.3 噴墨打印機 419
6.4.4 激光打印機 420
6.4.5 3D打印技術簡介 423
習題6 424
參考文獻 426
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