本书共分为7章。第1章为计算机系统概述，主要介绍计算机发展历程，计算机的层级结构、组成，以及计算机性能指标。第2章为运算方法和运算器，从信息表示开始，系统地介绍数制与编码、定点数的表示和运算、浮点数的表示和运算、数据校验方法，以及算术逻辑单元的结构和功能。第3章为存储系统，介绍存储系统的概念、基本结构、工作过程、各类存储器的特点和工作原理，包括主存储器、高速缓冲存储器、双端口存储器及虚拟存储器等。第4章为指令系统，介绍指令系统的基本概念、指令格式、指令种类及寻址方式，并给出两种基于RISC技术的指令系统实例。第5章为中央处理器，从中央处理器的基本结构和功能开始，接续上一章指令系统，具体说明指令执行过程、数据通路的结构和功能，然后介绍控制器的结构和工作原理、流水线的概念和实现方式。第6章为总线系统，介绍总线的概念、总线结构、总线控制与通信方式，并给出微型计算机的总线系统实例。第7章为输入/输出系统，介绍I/O系统的基本概念、外部设备的分类和特点、I/O接口控制器，以及I/O控制方式。
李志刚，男，工学博士，北京理工大学毕业后，先后在国家级科研院所，密码管理局定点密码生产企业，世界500强IT企业研究院工作二十余年，从事计算机硬件，软件方面的研发和管理工作，涉及嵌入式系统，移动互联网、信息安全，图像处理和人工智能等方向。发表论文10余篇，申请国家发明专利近30个。从事高校教学工作三年多，主讲计算机硬件以及软件程序设计等课程。吴继娟，曾任教于哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院，获校十佳示范主讲教师。作为课程负责人，主讲的课程获省级精品课程一门、校级精品课程两门。曾在CCTV1和CET1主讲《数字电路》课程。获黑龙江省科学技术进步奖2项，编写教材3部，讲义1部，发表学术论文30余篇。
第1章 计算机系统概述
1.1 计算机的发展历程
1.1.1 计算机的起源
1.1.2 计算机的发展简史
1.1.3 计算机硬件发展的特点和规律
1.1.4 计算机的形态和分类
1.1.5 丘奇一图灵论题
1.2 计算机的基本组成
1.2.1 冯·诺依曼计算机原型
1.2.2 计算机硬件组成和工作原理
1.2.3 个人计算机的物理结构
1.2.4 计算机软件分类
1.3 计算机系统的层级结构
1.3.1 计算机系统的层级结构概述
1.3.2 计算机体系结构和计算机组成
1.3.3 计算机硬件和软件的逻辑等价性
1.4 计算机系统的性能指标
1.5 本章小结
习题
第2章 运算方法和运算器
2.1 数据信息和二进制编码
2.1.1 数据信息
2.1.2 进位计数制
2.2 数据的编码表示
2.2.1 符号位的表示
2.2.2 定点数表示
2.2.3 浮点数表示
2.2.4 十进制数的表示
2.2.5 非数值数据的表示
2.2.6 数据的宽度和存储顺序
2.3 数据的校验
2.3.1 奇偶校验
2.3.2 海明校验
2.3.3 循环冗余校验
2.4 定点运算和定点运算器
2.4.1 定点数的加、减法运算
2.4.2 定点数的乘、除法运算
2.4.3 逻辑运算
2.4.4 定点运算器
2.5 浮点运算和浮点运算器
2.5.1 浮点数的加、减法运算
2.5.2 浮点数的乘、除法运算
2.5.3 浮点运算器
2.5.4 浮点运算流水线
2.6 本章小结
习题
第3章 存储系统
3.1 存储器概述
3.1.1 存储器容量单位
3.1.2 存储器的分类
3.1.3 存储器的多级结构
3.2 半导体存储器
3.2.1 随机读写存储器
3.2.2 微型计算机内存
3.2.3 只读存储器
3.3 主存储器
3.3.1 主存储器技术指标
3.3.2 主存储器的基本组成
3.3.3 主存储器扩展
3.4 高速存储器
3.4.1 双端口存储器
3.4.2 单体多字存储器
3.4.3 多模块存储器
3.4.4 相联存储器
3.5 高速缓冲存储器
3.5.1 cache的基本原理
3.5.2 cache主存地址映射方式
3.5.3 替换策略
3.5.4 写操作策略
3.6 虚拟存储器
3.6.1 虚拟存储器的基本原理
3.6.2 页式虚拟存储器
3.6.3 段式虚拟存储器
3.6.4 段页式虚拟存储器
3.6.5 快表
3.6.6 内页表和外页表
3.6.7 CPU访存过程总结
3.6.8 替换算法
3.7 本章小结
习题
第4章 指令系统
4.1 指令系统概述
4.1.1 机器指令和指令系统
4.1.2 指令系统的设计要求
4.2 指令格式
4.2.1 指令的组成
4.2.2 操作码
4.2.3 地址码
4.2.4 二地址指令类型
4.3 指令字长和指令助记符
4.3.1 指令字长
4.3.2 定长指令和不定长指令
4.3.3 指令助记符
4.4 指令种类
4.4.1 指令操作种类
4.4.2 操作数风格分类
4.5 寻址方式
4.5.1 指令寻址方式
4.5.2 操作数寻址方式
4.6 RISC技术
4.7 指令系统实例
4.7.1 ARM指令系统
4.7.2 RISC-V指令系统
4.8 本章小结
习题
第5章 中央处理器
5.1 CPU的功能和组成
5.1.1 CPU的功能
5.1.2 CPU的基本组成
5.1.3 CPU中的主要寄存器
5.1.4 操作控制器和时序发生器
5.2 CPU的工作过程
5.2.1 指令的执行过程
5.2.2 指令周期
5.2.3 数据通路
5.2.4 时序信号和时序发生器
5.2.5 控制方式
5.3 操作控制器
5.3.1 组合逻辑控制器
5.3.2 微程序控制器
5.3.3 硬布线逻辑控制器与微程序控制器的比较
5.4 流水线技术
5.4.1 并行处理技术概述
5.4.2 流水线技术概述
5.4.3 流水线中的冒险处理
5.5 本章小结
习题
第6章 总线系统
6.1 总线系统概述
6.1.1 总线的基本概念
6.1.2 总线的特性及其标准化
6.1.3 总线性能指标
6.2 总线结构
6.2.1 总线内部结构
6.2.2 总线接口
6.2.3 总线的连接方式
6.3 总线控制与通信
6.3.1 总线控制方式
6.3.2 总线通信方式
6.3.3 信息传送方式
6.4 总线系统实例
6.4.1 微型计算机多总线结构
6.4.2 微型计算机总线介绍
6.5 本章小结
习题
第7章 输入／输出系统
7.1 外围设备的分类和特点
7.1.1 外围设备的基本结构
7.1.2 外围设备的分类
7.1.3 外围设备的特点
7.1.4 常见的输入／输出设备
7.1.5 外部存储器
7.2 I／O接口
7.2.1 I／O接口的功能和基本结构
7.2.2 I／O编址方式
7.3 输入／输出控制方式
7.4 程序中断方式
7.4.1 中断的基本概念
7.4.2 I／O中断的产生和执行
7.4.3 中断源和中断分级
......
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