計算機組成原理（第2版）

劉超，江西師範大學計算機信息工程學院教授。1985年7月畢業於吉林大學計算機科學與技術學院，學士。現為計算機科學與技術和管理科學與工程兩個一級學科碩士研究生導師，研究方向為社會計算與嵌入式系統等，現為江西省系統工程學會理事。在近三十年的科研與教學工作中，主持完成省級科研項目十余項，其中軟科學項目六項，承擔委托合同項目若幹。在核心期刊發表論文50余篇，主編教材5版三部。獲得江西省科技進步獎二次，江西省軟科學優秀成果獎三次，江西省優秀教材獎二次。

目錄[3]〖3〗第1章計算機系統概論/1

1.1計算機及其發展與應用1

1.1.1計算機及其功能特點1

1.1.2計算機發展的歷史2

1.1.3未來計算機的發展6

1.1.4計算機應用7

1.2計算機的結構原理9

1.2.1計算機的工作原理9

1.2.2馮·諾依曼計算機體系結構12

1.2.3計算機功能部件簡介14

1.3計算機組成實現與性能分類16

1.3.1計算機組成與計算機實現16

1.3.2計算機組成層次與互連17

1.3.3計算機的主要性能指標18

1.3.4計算機的分類19

1.4計算機系統及其軟件20

1.4.1計算機系統及其軟硬件等效性21

1.4.2計算機軟件的分類22

1.4.3計算機系統的層次性22

復習題24

練習題25

第2章計算機組成設計實現基礎/26

2.1數據表示與非數值數據編碼26

2.1.1數據表示與二進制編碼26

2.1.2非數值數據編碼27

2.1.3線性結構數據表示33

2.2數值數據表示34

2.2.1數值數據表示的相關概念34

2.2.2數值數據的表示格式36

2.2.3定點數的編碼及其數值範圍38

2.2.4定點機器數的比較與轉換43

2.2.5定點機器數符號擴展46

2.2.6浮點數的編碼與數值範圍46

2.3數據校驗的編譯碼與實現50

2.3.1數據校驗及其基本思想51

2.3.2奇偶校驗碼52

2.3.3海明校驗碼55

2.3.4循環冗余校驗碼59

2.4指令格式與指令功能分類65

2.4.1指令及指令格式65

2.4.2指令格式的分類66

2.4.3指令系統及其指令功能分類69

2.4.4數據傳輸指令71

2.4.5運算操作指令73

2.4.6程序控制指令74

2.5尋址方式與堆棧76

2.5.1尋址方式及其分類76

2.5.2指令尋址方式77

2.5.3操作數尋址方式79

2.5.4堆棧及其尋址實現85

復習題89

練習題91

第3章系統總線及其I/O接口/95

3.1總線的基本概念95

3.1.1總線及其電路95

3.1.2總線的分類96

3.1.3總線的特性與性能指標97

3.1.4總線事務與數據傳送方式98

3.2系統總線特性與連接結構100

3.2.1數據交換過程與傳輸線分類100

3.2.2總線通信的定時方式102

3.2.3串行傳送的通信方式105

3.2.4總線仲裁及其仲裁方法106

3.2.5單處理器計算機的總線結構111

3.3系統總線I/O接口113

3.3.1I/O接口及其分類114

3.3.2I/O接口的功能與結構模型115

3.3.3串並行接口的組成結構117

3.4實用標準總線及其I/O接口118

3.4.1實用標準總線的發展歷程118

3.4.2主流實用總線標準簡介121

3.4.3典型實用接口標準簡介124

復習題130

練習題131

第4章運算器及其設計實現/132

4.1二進制基本加法器及其進位邏輯132

4.1.1二進制基本加法器與串行加法器132

4.1.2並行加法器及其串行進位134

4.1.3先行進位及其層級分時136

4.2定點數加減運算及其邏輯實現142

4.2.1補碼加減的運算方法143

4.2.2補碼加減運算上溢判斷方法147

4.2.3補碼加減運算的邏輯實現151

4.2.4移碼加減運算及其邏輯實現153

4.2.5十進制加運算及其邏輯實現155

4.3定點數乘運算及其邏輯實現158

4.3.1乘法器種類與手工運算的改進158

4.3.2有符號數的移位與舍入規則160

4.3.3原碼一位乘法及其邏輯實現162

4.3.4補碼一位乘法及其邏輯實現165

4.3.5兩位乘運算方法168

4.3.6陣列乘法器173

4.4定點數除運算及其邏輯實現176

4.4.1除法器種類與手工運算的改進176

4.4.2原碼除法及其邏輯實現178

4.4.3補碼除法及其邏輯實現181

4.4.4陣列除法器186

4.5浮點數算術運算方法與邏輯運算實現188

4.5.1浮點數加減運算方法188

4.5.2浮點數乘除運算方法191

4.5.3邏輯運算及其實現195

4.6運算器組成及其組織結構196

4.6.1算術邏輯運算單元與部件196

4.6.2SN74181 ALU集成電路芯片198

4.6.3定點運算器組成及其組織結構200

4.6.4浮點運算器組成結構202

復習題204

練習題205

第5章主存儲器及其組織實現/208

5.1存儲器與存儲系統的概述208

5.1.1存儲器的訪問與性能208

5.1.2存儲器的分類及其結構209

5.1.3存儲系統及其組織結構211

5.1.4二級結構存儲系統及其比較214

5.1.5半導體存儲器芯片的一般結構216

5.2MOS寫常態存儲器芯片219

5.2.1靜態存儲器芯片的結構原理220

5.2.2動態存儲器芯片的結構原理223

5.2.3靜態與動態存儲器芯片的比較227

5.2.4靜態存儲器芯片的讀寫周期227

5.2.5動態MOS存儲器的刷新231

5.3只讀、混合與高性能MOS存儲器芯片235

5.3.1只讀MOS存儲器芯片的結構原理235

5.3.2混合MOS存儲器芯片的結構原理237

5.3.3雙端口存儲器239

5.3.4相聯存儲器240

5.3.5動態MOS存儲器的新技術243

5.4主存儲器及其容量擴展組織245

5.4.1半導體存儲器芯片的特性與引腳245

5.4.2主機及其存儲器的組成結構247

5.4.3主存儲器模塊的組織249

5.4.4主存儲器實現及其與CPU的連接256

復習題266

練習題267

第6章控制器及其設計實現/270

6.1控制器功能結構與實現方法270

6.1.1中央處理器的功能與結構270

6.1.2中央處理器中的寄存器272

6.1.3中央處理器的主要性能指標275

6.1.4控制器的功能與結構276

6.1.5控制信號序列發生器的實現方法279

6.2指令處理的數據通路、微操作與微命令280

6.2.1指令處理流程及其狀態轉換281

6.2.2指令處理的數據通路及其微操作282

6.2.3模型機及其微命令285

6.3時序信號體系及其控制實現291

6.3.1指令周期及其時段劃分291

6.3.2控制器時序控制293

6.3.3CPU內部時序信號體系295

6.3.4時序信號發生器298

6.4微程序設計技術302

6.4.1微指令及其基本格式302

6.4.2微程序及其與指令、微指令的關系305

6.4.3微命令的編碼方法307

6.4.4微指令格式的類型310

6.4.5微程序運行的控制方法311

6.4.6微程序設計316

6.5硬布線控制器與微程序控制器321

6.5.1硬布線控制器321

6.5.2微程序控制器323

6.5.3微程序控制器與硬布線控制器的比較325

6.6控制信號序列發生器設計326

6.6.1模型機指令及其控制信號序列326

6.6.2組合邏輯控制信號序列發生器設計330

6.6.3存儲邏輯控制信號序列發生器設計334

復習題338

練習題340

第7章輸入輸出系統及其操作控制/346

7.1輸入輸出系統概述346

7.1.1外圍設備的分類與特性346

7.1.2輸入輸出系統及其結構功能348

7.1.3輸入輸出的過程與指令349

7.1.4輸入輸出控制的發展歷程349

7.1.5輸入輸出系統的工作方式351

7.2中斷及其實現的結構原理352

7.2.1中斷與中斷源352

7.2.2中斷請求355

7.2.3中斷響應357

7.2.4中斷服務返回與中斷過程結構363

7.3輸入輸出操作的控制方式366

7.3.1程序查詢控制方式366

7.3.2程序中斷控制方式369

7.3.3直接存儲訪問控制方式372

7.3.4通道控制方式377

7.4輸入設備381

7.4.1鍵盤381

7.4.2掃描儀384

7.4.3數碼相機386

7.4.4其他輸入設備388

7.5輸出設備390

7.5.1打印機390

7.5.2顯示器394

7.6存儲設備400

7.6.1磁表面存儲器400

7.6.2硬磁盤存儲器403

7.6.3冗余磁盤陣列406

7.6.4光盤存儲器411

復習題414

練習題416