目录
前言
第1章　计算机系统概论 001
1.1　概述 001
1.1.1　计算机的前世今生 001
1.1.2　计算机的发展现状及前景 003
1.2　计算机系统简介 005
1.2.1　计算机系统组成 005
1.2.2　计算机的分类 005
1.2.3　计算机体系结构 006
1.2.4　计算机的工作过程 008
1.3　计算机的基本组成 008
1.3.1　冯?诺依曼计算机的特点 008
1.3.2　计算机硬件 010
1.3.3　计算机软件 011
1.3.4　计算机的总线结构 012
1.4　计算机的主要性能指标 012
本章小结 014
习题1 014
第2章　计算机中信息的表示方法 016
2.1　计数制表示及转换 016
2.1.1　不同计数制的表示 016
2.1.2　计数制的相互转换 018
2.2　数值型数据的表示方法 021
2.2.1　机器数和真值 021
2.2.2　定点数的机器表示 021
2.2.3　浮点数的机器表示 024
2.2.4　定点数和浮点数的机器数表示
范围 026
2.3　计算机中的编码 029
2.3.1　字符的编码 029
2.3.2　十进制数的编码（BCD）及
运算 030
2.3.3　汉字的编码 030
2.4　其他信息的计算机表示方法 032
2.4.1　语音表示 032
2.4.2　图像表示 032
2.4.3　图形表示 032
2.5　数据校验码 032
2.5.1　奇偶校验码 033
2.5.2　循环冗余校验码 033
本章小结 034
习题2 035
第3章　运算方法和运算部件 036
3.1　算术逻辑运算基础 036
3.1.1　移位运算 036
3.1.2　逻辑运算 039
3.2　算术逻辑单元 040
3.2.1　全加器 040
3.2.2　串行加法器和并行加法器 042
3.2.3　并行加法器的进位链 042
3.2.4　典型ALU举例 046
3.3　定点补码加减运算 048
3.3.1　补码加减运算 048
3.3.2　溢出及其判别方法 050
3.4　定点乘法运算 052
3.4.1　原码一位乘法 053
3.4.2　补码一位乘法（校正法） 054
3.4.3　补码一位乘法（比较法） 055
3.5　定点除法运算 056
3.5.1　原码一位除法 057
3.5.2　补码一位除法 059
3.6　浮点数运算 060
3.6.1　浮点数加减运算 061
3.6.2　浮点数乘除运算 063
本章小结 063
习题3 063
第4章　存储系统 066
4.1　存储系统的组织 066
4.1.1　存储器的分类 066
4.1.2　存储系统的层次结构 067
4.1.3　存储器的性能指标 067
4.2　随机存取存储器 068
4.2.1　静态随机存储器（SRAM） 068
4.2.2　动态随机存储器（DRAM） 071
4.2.3　DRAM与SRAM的比较 073
4.3　主存储器的组织 073
4.3.1　动态随机存储器的刷新 074
4.3.2　主存储器逻辑设计 076
4.3.3　高性能主存储器 079
4.4　高速缓冲存储器 080
4.4.1　Cache概述 080
4.4.2　Cache的地址映射方式 082
4.4.3　替换算法 089
4.4.4　多层次Cache 090
4.4.5　Cache的写操作 091
4.5　虚拟存储器 091
4.5.1　虚拟存储器的基本概念 091
4.5.2　段式虚拟存储器 092
4.5.3　页式虚拟存储器 092
4.5.4　段页式虚拟存储器 093
4.6　固态硬盘技术和存储级主存 094
4.6.1　固态硬盘概述 094
4.6.2　固态硬盘的工作原理 094
4.6.3　存储级主存 095
4.6.4　内存条 096
本章小结 097
习题4 098
第5章　指令系统 100
5.1　指令系统的发展与性能要求 100
5.1.1　指令系统发展 100
5.1.2　指令系统的性能 101
5.2　指令格式 101
5.2.1　指令包含的信息及格式 101
5.2.2　指令的分类 102
5.2.3　指令操作码的扩展技术 104
5.2.4　指令字长与机器字长的关系 105
5.3　寻址方式 105
5.3.1　指令寻址和数据寻址 105
5.3.2　常见的数据寻址方式 106
5.4　80x86系列处理器的指令系统举例 111
5.5　指令的执行过程 112
5.5.1　三个周期概念 113
5.5.2　指令执行过程 114
5.5.3　指令周期流程图 120
5.6　单总线结构指令流程 121
5.6.1　单总线结构的CPU 121
5.6.2　单总线结构指令执行流程 122
5.7　CISC和RISC 125
5.7.1　CISC 125
5.7.2　RISC 125
本章小结 126
习题5 127
第6章　中央处理器 129
6.1　CPU概述 129
6.1.1　CPU的功能 129
6.1.2　CPU的组成 130
6.1.3　CPU中的寄存器 131
6.1.4　操作控制器 132
6.2　硬连线控制器 133
6.2.1　硬连线控制器概述 133
6.2.2　硬连线控制器的结构 133
6.2.3　硬连线控制器的设计步骤 135
6.3　微程序控制器 135
6.3.1　微程序控制器概述 135
6.3.2　微程序控制器组成 137
6.3.3　微程序设计技术 137
6.4　指令级流水线 144
6.4.1　并行性的概念 144
6.4.2　指令级流水线概述 145
6.4.3　流水线的性能指标 147
6.4.4　影响流水线性能的因素 148
6.5　微处理器中的新技术 149
6.5.1　先进制程 149
6.5.2　多核与超线程技术 150
6.5.3　AI加速器与神经网络处理单元 151
6.5.4　量子计算与神经形态计算 152
本章小结 153
习题6 153
第7章　总线系统 155
7.1　总线系统概述 155
7.1.1　总线的基本概念 155
7.1.2　总线接口 156
7.1.3　总线的连接方式 157
7.1.4　总线的内部结构 158
7.1.5　总线结构对计算机系统性能的
影响 159
7.2　总线控制与通信 160
7.2.1　总线的控制方式 160
7.2.2　总线通信 162
7.2.3　总线的信息传送模式 165
7.3　微型计算机常用总线 166
7.3.1　PCI总线 166
7.3.2　AGP总线 166
7.3.3　RS串行接口 167
7.3.4　IDE接口与SCSI接口总线 168
7.3.5　USB总线 169
7.3.6　IEEE 1394总线 172
本章小结 172
习题7 172
第8章　计算机的外部设备 174
8.1　概述 174
8.1.1　外部设备的分类 174
8.1.2　外部设备的功能 175
8.2　传统输入设备 176
8.2.1　键盘 176
8.2.2　鼠标 177
8.2.3　扫描仪 178
8.2.4　触摸屏 179
8.3　智能输入设备 179
8.3.1　手势识别与体感输入设备 179
8.3.2　眼动追踪技术 180
8.3.3　语音输入与智能语音助手 181
8.4　输出设备 182
8.4.1　传统输出设备 182
8.4.2　4K/8K超高清显示器 185
8.4.3　VR与AR头戴设备 186
8.4.4　全息投影技术 187
8.5　传统存储设备 188
8.5.1　HDD 189
8.5.2　SSD 189
8.5.3　移动存储设备 190
8.6　云存储与边缘计算 190
8.6.1　云存储服务 190
8.6.2　边缘计算 191
8.7　传统通信设备 192
8.7.1　网络接口卡 192
8.7.2　调制解调器 193
8.8　可穿戴设备与智能物联网设备 193
8.8.1　智能手表 193
8.8.2　健康监测设备 194
8.8.3　智能家居控制系统 194
本章小结 195
习题8 196
第9章　输入输出系统 197
9.1　输入输出（I/O）系统概论 197
9.1.1　I/O接口概述 197
9.1.2　I/O端口及其编址方式 199
9.1.3　I/O数据传送控制方式 199
9.2　程序直接控制方式 201
9.2.1　立即传送方式 201
9.2.2　程序查询方式 201
9.2.3　程序查询方式流程 201
9.3　程序中断方式 202
9.3.1　中断概述 202
9.3.2　中断源的判别 204
9.3.3　中断屏蔽 207
9.3.4　多重中断处理 209
9.3.5　中断处理过程 210
9.4　DMA输入输出方式 212
9.4.1　DMA概述 212
9.4.2　DMA三种工作方式 212
9.4.3　DMA控制器组成 214
9.4.4　DMA传送过程 215
9.4.5　DMA接口 217
9.5　通道控制方式和I/O处理机方式 218
9.5.1　通道的基本概念 219
9.5.2　通道的控制和功能 219
9.5.3　通道类型 220
9.5.4　I/O处理机方式 222
本章小结 223
习题9 223
参考文献 226