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第1章 计算机系统概述 1
1.1 计算工具开发轨迹 1
1.1.1 算盘和口诀——程序控制的起源 2
1.1.2 从提花机到巴贝奇分析机——内程序计算机模型的确立 4
1.1.3 电气时代——计算工具发展迈上快车道 7
1.2 数字计算机的计算逻辑基础 9
1.2.1 从八卦图到二进制计算 9
1.2.2 数据的二进制与十进制相互转换 12
1.2.3 浮点数与定点数 15
1.2.4 原码、反码、补码和移码 17
1.2.5 数字逻辑——布尔代数 20
1.2.6 加法器逻辑 23
1.3 非数值数据的0、1编码 25
1.3.1 声音的0、1编码 26
1.3.2 图形/图像的0、1编码 27
1.3.3 文字的0、1编码 29
1.3.4 指令的0、1编码 33
1.3.5 数据传输中的抗干扰码 34
1.4 冯·诺依曼计算机模型及其组成 37
1.4.1 电子数字计算机的冯·诺依曼模型 37
1.4.2 计算机存储器 38
1.4.3 计算机控制器 42
1.4.4 计算机中的时序控制 44
1.4.5 总线 46
1.5 冯·诺依曼计算机体系改进与扩展 47
1.5.1 冯·诺依曼体系的瓶颈 47
1.5.2 冯·诺依曼体系的改进 48
1.5.3 操作系统——冯·诺依曼体系的扩展 51
1.6 计算机性能评测 54
1.6.1 计算机的主要性能指标 54
1.6.2 计算机性能测试工具 59
1.6.3 天梯图 60
习题 61
第2章 存储系统 65
2.1 主存储器原理 65
2.1.1 只读存储器原理 65
2.1.2 随机存储器原理 67
2.2 主存储体组织 73
2.2.1 内存条 73
2.2.2 基本的存储体扩展方式 75
2.2.3 P-Bank和L-Bank 77
2.2.4 并行存储器 78
2.2.5 并行处理机的主存储器 81
2.2.6 存储器控制器 82
2.3 SDRAM内部操作与性能参数 82
2.3.1 SDRAM的主要引脚 82
2.3.2 SDRAM的读写时序 83
2.3.3 突发传输 85
2.3.4 数据掩码 86
2.3.5 DRAM刷新 87
2.3.6 芯片初始化与预充电 90
2.3.7 DDR SDRAM芯片性能参数 92
2.4 磁盘存储器 94
2.4.1 磁表面存储原理 94
2.4.2 硬盘存储器的存储结构 97
2.4.3 硬盘格式化 98
2.4.4 硬盘存储器与主机的连接 101
2.4.5 硬盘存储器的技术参数 103
2.4.6 磁盘阵列 105
2.5 光盘存储器 108
2.5.1 光盘的技术特点与类型 108
2.5.2 可擦写型光盘的读写原理 109
2.5.3 光盘规格 109
2.6 闪速存储器 113
2.6.1 闪存的原理 113
2.6.2 固态硬盘 114
2.7 存储体系 116
2.7.1 多级存储体系的建立 116
2.7.2 多级存储体系的性能参数 118
2.7.3 Cache-主存机制 119
2.7.4 虚拟存储器 124
习题 127
第3章 计算机输入输出设备 130
3.1 计算机输入输出设备概述 130
3.1.1 计算机人机界面技术的进步 130
3.1.2 I/O设备的分类 132
3.1.3 绿色计算机设备 133
3.2 键盘与鼠标 133
3.2.1 物理键盘及其原理 134
3.2.2 键盘布局类型 134
3.2.3 软键盘 136
3.2.4 虚拟激光键盘 136
3.2.5 鼠标 137
3.3 打印设备 138
3.3.1 打印设备及其分类 138
3.3.2 打印机的基本性能指标 138
3.3.3 喷墨打印机 140
3.3.4 激光打印机 142
3.3.5 3D打印机 143
3.4 显示器 147
3.4.1 平板显示器的基本原理 147
3.4.2 图像显示关键技术 150
3.4.3 平板显示器的技术指标 151
3.4.4 触摸屏 153
3.5 虚拟现实、增强现实与现实虚拟 155
3.5.1 虚拟现实 155
3.5.2 增强现实 157
3.5.3 现实虚拟、混合现实与介导现实 160
3.6 I/O设备适配器 161
3.6.1 显示适配器 162
3.6.2 声卡 164
3.6.3 网络适配器 166
3.7 设备驱动程序与BIOS 168
3.7.1 设备驱动程序 168
3.7.2 ROM-BIOS 171
习题 174
第4章 I/O接口与I/O过程控制 175
4.1 I/O接口概述 175
4.1.1 接口的功能 175
4.1.2 I/O接口的逻辑结构 178
4.1.3 I/O接口分类 179
4.2 I/O过程的程序直接控制 180
4.2.1 无条件I/O传送方式 180
4.2.2 程序查询控制I/O传送方式 181
4.3 I/O过程的程序中断控制 183
4.3.1 程序中断控制的核心概念 183
4.3.2 中断关键技术 186
4.3.3 中断接口 190
4.3.4 多重中断 191
4.4 I/O数据传送的DMA控制 192
4.4.1 DMA的基本概念 192
4.4.2 DMA控制器与CPU共享存储器冲突的解决方案 193
4.4.3 DMA控制器 195
4.4.4 DMA传送过程 196
4.4.5 DMA方式与中断方式的比较 197
4.5 I/O过程的通道控制 198
4.5.1 通道控制及其特点 198
4.5.2 通道控制原理 200
4.5.3 通道类型 202
习题 203
第5章 总线与主板 206
5.1 总线概述 206
5.1.1 总线及其规范 206
5.1.2 总线的性能指标 207
5.1.3 总线分类 209
5.2 总线的工作原理 212
5.2.1 总线的组成与基本传输过程 212
5.2.2 总线的争用与仲裁 213
5.2.3 总线通信中主从之间的时序控制 216
5.3 几种标准系统总线分析 220
5.3.1 ISA总线 220
5.3.2 PCI总线 221
5.3.3 AGP总线 225
5.3.4 PCI Express总线 226
5.4 几种标准I/O总线分析 227
5.4.1 ATA与SATA总线 227
5.4.2 SCSI与SAS总线 229
5.4.3 USB 231
5.4.4 FC总线 234
5.5 微型计算机主板 235
5.5.1 主板的概念 235
5.5.2 主板的组成 236
5.5.3 主板架构及其进展 241
5.5.4 主板选择参数 244
5.5.5 主板整合技术 246
5.5.6 智慧型主板 247
习题 249
第6章 控制器逻辑 251
6.1 处理器的外特性——指令系统 251
6.1.1 指令系统与汇编语言概述 251
6.1.2 寻址方式 254
6.1.3 Intel 8086指令简介 259
6.1.4 CISC与RISC 268
6.1.5 指令系统的设计内容 272
6.2 组合逻辑控制器 272
6.2.1 指令的微操作分析 273
6.2.2 指令的时序控制与时序部件 276
6.2.3 组合逻辑控制器设计举例 278
6.3 微程序控制器 280
6.3.1 概述 280
6.3.2 微程序操作控制部件的组成 280
6.3.3 微程序操作控制部件设计举例 281
习题 284
第7章 处理器架构 288
7.1 流水线技术 288
7.1.1 指令流水线 288
7.1.2 运算流水线 290
7.1.3 流水线中的相关冲突 291
7.1.4 流水线中的多发射技术 293
7.1.5 Pentium CPU 294
7.1.6 向量处理机 297
7.2 多处理器系统 302
7.2.1 多计算机系统与多处理器系统 302
7.2.2 SMP系统架构 303
7.2.3 多处理器操作系统 306
7.3 多线程处理器 307
7.3.1 多线程处理器架构的提出 307
7.3.2 同时多线程技术 309
7.3.3 超线程处理器 311
7.4 多核处理器 314
7.4.1 多核处理器及其特点 314
7.4.2 多核+多线程——?芯片多线程技术 316
7.5 关于处理器并行性开发的讨论 316
7.5.1 并行性及其级别 316
7.5.2 基于并行性的处理器体系Flynn分类 318
7.5.3 处理器并行性开发的思路与途径 319
习题 321
第8章 未来计算机展望 323
8.1 人工智能与智能计算机 323
8.1.1 人工智能及其定义 323
8.1.2 人工智能研究学派与关注的内容 325
8.1.3 智能计算机 330
8.2 非巴贝奇-诺依曼体系的其他探索 333
8.2.1 数据流计算机 333
8.2.2 归约机 334
8.2.3 拟态计算机 334
8.3 未来计算机元器件展望 334
8.3.1 摩尔定律及其影响 335
8.3.2 量子计算机 336
8.3.3 未来计算元器件的其他探索 341
习题 341
附录A 二维码知识链接资料目录 342
参考文献 343
·III·
