本書以計算機組成結構為中心，講述計算機硬件系統中各大部分的組成原理。全書共分8章，內容包括：計算機系統概論、數據編碼和數據運算、存儲器系統、指令系統、中央處理器、系統總線、外圍設備、輸入輸出系統。每章由4部分構成，即基本概念、基本理論、典型例題和習題。考點精要部分高度概括了本章知識內容及注意要點；例題解析部分詳盡地解答了精選的典型例題，各題都包含有相關知識、例題分析和例題答案；習題及參考答案收集了大量的相關試題并給出了相應的參考答案。 本書是大學生學習計算機硬件的配套教材，也可作為研究生、教師、科技人員深入學習計算機組成原理的參考資料。目 錄
第1章 概論 1
1.1 基本概念 1
1.2 基本理論 4
1.2.1 計算機的發展 4
1.2.2 計算機的特點及應用 5
1.2.3 計算機的類型及發展方向 5
1.2.4 計算機系統的組成 6
1.2.5 計算機系統的層次結構 7
1.2.6 計算機的硬件系統 7
1.2.7 計算機的軟件系統 9
1.2.8 馮•諾依曼結構及特點 10
1.2.9 運算器的基本功能 10
1.2.10 存儲器的類型和操作 11
1.2.11 計算機系統結構 研究的內容 11
1.2.12 馮•諾依曼結構計算機 主要的外特性 11
1.2.13 影響計算機系統 結構的因素 12
1.2.14 并行性的開發途徑 12
1.2.15 計算機性能評價的方法 13
1.2.16 簡單的計算機性能分析 13
1.2.17 計算機性能評價 14
1.2.18 計算機性能測試方法 14
1.2.19 阿姆達爾定律 15
1.2.20 計算機主要性能指標 16
1.3 典型例題 16
1.4 習題 31
第2章 數據編碼和數據運算 38
2.1 基本概念 38
2.2 基本理論 40
2.2.1 數制的轉換 40
2.2.2 定點數的編碼 40
2.2.3 十進制數的編碼 41
2.2.4 補碼加減法運算的特點 41
2.2.5 溢出的檢測方法 41
2.2.6 原碼一位乘法 42
2.2.7 補碼一位乘法 42
2.2.8 原碼除法 42
2.2.9 補碼除法 43
2.2.10 商和余數的校正 43
2.2.11 邏輯運算 43
2.2.12 定點運算器的組成和結構 44
2.2.13 數在計算機中的編碼表示 45
2.2.14 字符在計算機中的 編碼表示 46
2.2.15 定點數的加減乘除運算 47
2.2.16 浮點數運算與 浮點運算器 48
2.2.17 機器數中真值0的 表示方法 49
2.2.18 各種機器數的主要區別 49
2.2.19 浮點數階碼的移碼表示法 49
2.2.20 ASCII碼的編碼規律 50
2.2.21 奇偶校驗碼與奇偶校驗位 50
2.2.22 海明碼的構成 51
2.2.23 浮點數表示法 51
2.3 典型例題 53
2.4 習題 89
第3章 存儲系統 96
3.1 基本概念 96
3.2 基本理論 98
3.2.1 存儲器的構成及分類 98
3.2.2 存儲器系統層次 98
3.2.3 提高動態存儲器芯片 速度的方法 99
3.2.4 層次化存儲結構 100
3.2.5 RAM的組織 100
3.2.6 層次化存儲系統 101
3.2.7 高速緩沖存儲器內容的 替換和主存內容的更新 101
3.2.8 虛擬存儲器管理 101
3.2.9 頁式虛擬存儲器的管理 102
3.2.10 段式虛擬存儲器的管理 102
3.2.11 段頁式虛擬存儲器 103
3.2.12 隨機訪問存儲器 104
3.2.13 只讀存儲器 104
3.2.14 相聯存儲器 105
3.2.15 存儲器擴展的方法 105
3.2.16 高速緩存的工作原理 105
3.2.17 高速緩存的地址映像方式 106
3.2.18 高速緩存地址段 長度的計算 106
3.2.19 高速緩存的替換 和更新策略 107
3.2.20 高速緩存的性能分析 108
3.2.21 高速緩存失效的原因 108
3.2.22 降低高速緩存 失效率的方法 109
3.2.23 減少高速緩存失效 時間的方法 109
3.2.24 減少高速緩存命中 時間的方法 109
3.2.25 高速緩存與虛擬 存儲器的異同 110
3.2.26 存儲元與存儲單元的 異同及關系 110
3.2.27 動態存儲器刷新的 原因和方法 110
3.2.28 地址譯碼的工作 方式及優缺點 110
3.2.29 解決CPU與主存速度 差異的方法 111
3.2.30 系統引入高速緩沖 存儲器的理論依據 111
3.2.31 動態存儲器的刷新過程 111
3.2.32 動態存儲器的刷新方式 111
3.2.33 動態存儲器的特點 112
3.2.34 動態存儲器與靜態 存儲器的比較 112
3.2.35 存儲區域保護 112
3.2.36 CPU對主存的基本操作 113
3.2.37 磁盤外存儲器的分類 114
3.3 典型例題 114
3.4 習題 147
第4章 指令系統 154
4.1 基本概念 154
4.2 基本理論 155
4.2.1 操作數的類型和存儲方式 155
4.2.2 數據的尋址方式 155
4.2.3 指令類型 156
4.2.4 CISC和RISC 157
4.2.5 編址技術 157
4.2.6 尋址方式 158
4.2.7 指令格式設計 應遵循的原則 158
4.2.8 指令格式 159
4.2.9 指令操作碼的擴展技術 160
4.2.10 操作碼的編碼 161
4.2.11 指令系統的組成 161
4.2.12 存儲器堆棧棧指針的修改 162
4.2.13 轉移和轉子指令的區別 162
4.2.14 輸入/輸出指令 162
4.3 典型例題 163
4.4 習題 193
第5章 中央處理器 199
5.1 基本概念 199
5.2 基本理論 200
5.2.1 中央處理器的基本組成 200
5.2.2 中央處理器的功能 200
5.2.3 CPU的數據通路 200
5.2.4 時序信號和時序 信號產生器 201
5.2.5 硬連線控制器的 基本結構和原理 201
5.2.6 硬連線控制器的設計思想 201
5.2.7 硬連線控制器的 一般設計方法 202
5.2.8 陣列邏輯控制器 202
5.2.9 控制器的類型 203
5.2.10 指令周期的類型 203
5.2.11 指令周期流程圖 204
5.2.12 微程序和微指令 204
5.2.13 微程序控制器原理 204
5.2.14 指令執行的基本過程 205
5.2.15 微程序控制器基本結構 206
5.2.16 水平型微指令和 垂直型微指令 207
5.2.17 指令流和數據流 207
5.2.18 控制器的基本組成 和硬件實現方法 207
5.2.19 CPU中各類寄存器的功能 208
5.2.20 運算指令、訪存指令和 控制指令的指令周期 208
5.2.21 微程序控制器的工作過程 209
5.2.22 微程序控制器的特點 209
5.2.23 微指令的編碼方法 209
5.2.24 微指令的格式 210
5.2.25 微地址的形成方法 210
5.2.26 運算器的組成 210
5.2.27 控制器的基本控制方式 211
5.2.28 計算機指令執行的方式 212
5.2.29 微程序控制器中，機器 指令與微指令的關系 212
5.2.30 組合邏輯控制與微程序 控制的各自特點 212
5.2.31 程序與微程序、指令與 微指令的異同 213
5.3 典型例題 213
5.4 習題 238
第6章 系統總線 245
6.1 基本概念 245
6.2 基本理論 246
6.2.1 總線的分類 246
6.2.2 總線的信息傳輸方式 247
6.2.3 總線接口 248
6.2.4 影響總線帶寬的因素 249
6.2.5 系統總線的結構和特點 249
6.2.6 總線寬度與長度 對性能的影響 249
6.2.7 同步通信和異步 通信的優缺點 249
6.2.8 總線通信同步方式 249
6.2.9 總線的控制方式及特點 250
6.3 典型例題 251
6.4 習題 271
第7章 外圍設備 278
7.1 基本概念 278
7.2 基本理論 279
7.2.1 顯示器的分類及特性 279
7.2.2 顯示設備的性能指標 280
7.2.3 顯示設備的基本工作原理 280
7.2.4 打印設備 281
7.2.5 顯示器的顯示模式 281
7.2.6 顯示緩沖區(VRAM) 282
7.2.7 字符顯示器的工作原理 282
7.2.8 圖形顯示器的工作原理 283
7.2.9 各類打印機的基本原理 283
7.2.10 打印控制原理 283
7.2.11 繪圖機的類型 284
7.2.12 輸入設備的類型 284
7.2.13 音頻處理基本原理 285
7.2.14 音頻識別的方法 285
7.2.15 音頻合成的方法 286
7.2.16 音效處理的類型 286
7.2.17 磁存儲設備的優缺點 286
7.2.18 磁記錄原理 286
7.2.19 磁記錄方式 287
7.2.20 硬盤盤片的結構 287
7.2.21 磁盤控制器 288
7.2.22 磁盤控制器的技術指標 288
7.2.23 軟盤 289
7.2.24 光磁盤 289
7.2.25 磁盤相關參數 289
7.2.26 光盤存儲設備的 理與類型 290
7.2.27 光盤存儲系統 290
7.2.28 可擦寫型光盤的工作原理 291
7.2.29 光盤信息讀取方式 291
7.2.30 光驅的性能指標 291
7.2.31 打印機的分類 292
7.3 典型例題 292
7.4 習題 308
第8章 輸入輸出系統 315
8.1 基本概念 315
8.2 基本理論 317
8.2.1 外圍設備的定時和尋址 317
8.2.2 外圍設備的尋址方法 317
8.2.3 I/O接口的組成及功能 317
8.2.4 程序查詢方式與程序 中斷方式的比較 318
8.2.5 輸入輸出的特性 318
8.2.6 接口的編址方式及優缺點 318
8.2.7 信息交換的控制方式 319
8.2.8 接口的分類 319
8.2.9 中斷的類型 319
8.2.10 中斷響應的過程 319
8.2.11 中斷請求與裁決 320
8.2.12 多重中斷與中斷屏蔽 321
8.2.13 中斷輸入輸出接口 322
8.2.14 中斷優先權 322
8.2.15 CPU響應中斷的條件 323
8.2.16 程序中斷的處理過程 323
8.2.17 程序中斷的工作過程 325
8.2.18 DMA方式的操作特點 325
8.2.19 DMA使用主存的方式 326
8.2.20 DMA操作過程 (周期挪用方式) 326
8.2.21 DMA傳送方式 327
8.2.22 基本的DMA控制器 327
8.2.23 通道的類型 328
8.2.24 通道的功能 328
8.2.25 通道工作過程 328
8.2.26 通道流量的計算 329
8.2.27 通道的工作過程 330
8.2.28 SCSI總線 331
8.2.29 程序中斷I/O方式和程序 I/O方式的比較 331
8.2.30 DMA方式與中斷 控制方式的比較 332
8.2.31 通道方式與DMA 方式的比較 332
8.3 典型例題 332
8.4 習題 355
附錄 習題答案 362
