電腦組成原理（第5版）

本書為"十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材。本書以當前主流微型電腦技術為背景，以建立系統級的整機概念為目的，深入介紹電腦各功能子系統的邏輯組成和工作機制。全書共6章，第1章概述電腦的基本概念、發展歷程和系統的硬件、軟件組織及電腦相關的性能指標；第2章介紹數據信息的表示、運算和校驗方法；第3章介紹CPU的一般模型、指令系統和X86架構、MIPS32架構簡易CPU的設計；第4章介紹存儲子系統的存儲原理、主存設計和電腦三級存儲體系等；第5章介紹總線與I/O子系統，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電腦及相關專業"電腦組成原理”及相關課程的配套教材，也可作為從事電腦專業考研和工程技術人員的參考書。

目 錄
第1章 概論 1
1.1 電腦的基本概念 1
1.1.1 信息的數字化表示 2
1.1.2 存儲程序工作方式 5
1.1.3 電腦的分類 6
1.2 電腦的誕生與發展 8
1.2.1 馮·諾依曼體系 8
1.2.2 電腦發展歷程 9
1.2.3 未來的發展趨勢 11
1.3 電腦系統的組織 13
1.3.1 硬件系統 13
1.3.2 軟件系統 18
1.3.3 電腦系統層次結構 20
1.4 電腦性能的主要評價指標 23
習題1 27
第2章 數據的表示、運算和校驗 28
2.1 數值型數據 28
2.1.1 進位計數制 28
2.1.2 帶符號數的表示 34
2.1.3 定點數與浮點數 39
2.2 字符型數據 45
2.3 數據代碼的處理與存儲 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浮點數四則運算 67
2.5 常用的數據校驗方法 69
2.5.1 奇偶校驗 70
2.5.2 海明校驗 71
2.5.3 循環冗餘校驗 73
習題2 75
第3章 CPU子系統 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的發展歷程 91
3.2 指令系統 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 129
3.4.2 基本部件與數據通路 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 235
4.1 存儲子系統概述 235
4.1.1 存儲系統的層次結構 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MOS芯片 243
4.2.2 動態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 磁錶面存儲原理 269
4.4.1 存儲介質與磁頭 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 光盤存儲器與光盤機 293
4.7 電腦的三級存儲體系 296
4.7.1 基本概念 297
4.7.2 Cache與內存的數據交互 298
4.7.3 內存與外存的數據交互 305
4.8 高性能存儲系統介紹 310
4.8.1 多埠存儲器 310
4.8.2 獨立磁盤冗餘陣列 311
4.8.3 並行存儲系統 312
4.8.4 聯想存儲系統 317
習題4 318
第5章 總線與輸入/輸出子系統 321
5.1 輸入/輸出子系統概述 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 電腦系統中的總線 328
5.2.1 總線的特性與分類 329
5.2.2 總線的技術規範 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