计算机组成原理教程

内容简介

计算机硬件组成包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件，《计算机组成原理教程/应用型本科信息大类专业“十二五”规划教材·21世纪普通高等教育教材》即围绕这五大部件展开讨论。全书共分9章：第1章为计算机系统概论；第2章为计算机中的数制及编码；第3章为总线系统；第4章为中央处理器；第5章为指令系统；第6章为运算方法和运算器；第7章为存储器系统及其层次结构；第8章为输入输出系统；第9章为计算机外部设备。
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　　《计算机组成原理教程/应用型本科信息大类专业“十二五”规划教材·21世纪普通高等教育教材》概念清楚，通俗易懂，既可作为高等院校本科生、专科生的教材用书，又可作为自学者学习计算机硬件知识的参考用书。

目录

第1章 计算机系统概论
1.1 计算机的发展、应用及展望
1.2 计算机系统的基本组成及层次结构
1.3 计算机硬件的五个功能部件及其功能
1.4 计算机的体系结构、组成和实现
1.5 计算机系统的特性
1.6 计算机的工作过程和主要性能指标
思考题和习题
第2章 计算机中的数制及编码
2.1 计算机中的数制及数的转换
2.2 二进制数的运算
2.3 计算机中数和字符的编码
思考题和习题
第3章 总线系统
3.1 总线的概念和结构形态
3.2 总线接口
3.3 总线的仲裁
3.4 总线的通信控制和数据传送模式
3.5 总线标准
思考题和习题
第4章 中央处理器
4.1 中央处理器的功能和组成
4.2 控制器的组成和实现方法
4.3 时序系统与控制方式
4.4 微程序控制原理
4.5 控制单元的设计
4.6 流水线技术
4.7 精简指令系统计算机
4.8 微处理器中的新技术
思考题和习题
第5章 指令系统
5.1 指令格式
5.2 寻址技术
5.3 指令类型
5.4 指令系统的发展
思考题和习题
第6章 运算方法和运算器
6.1 无符号数和有符号数
6.2 数的定点表示和浮点表示
6.3 定点运算
6.4 浮点四则运算
6.5 算术逻辑单元
思考题和习题
第7章 存储器系统及其层次结构
7.1 概述
7.2 半导体存储器
7.3 高速缓冲存储器
7.4 辅助存储器
7.5 虚拟存储器
思考题和习题
第8章 输入输出系统
8.1 概述
8.2 I/O设备与主机信息传送的控制方式
思考题和习题
第9章 计算机外部设备
9.1 外部设备概述
9.2 键盘输入设备
9.3 其他输入设备
9.4 打印输出设备
9.5 显示设备
思考题和习题
参考文献

摘要与插图

第1章 计算机系统概论第1章计算机系统概论
　　1.1计算机的发展、应用及展望
　　电子计算机的诞生和发展是20世纪伟大的科学技术成就之一。回顾20世纪的科技发展史，人们会深刻地体会到计算机的诞生和广泛应用给工作和生活所带来的巨大变化。
　　计算机，顾名思义就是用于计算的工具。但是，本书中所说的计算机（computer）实际上是指电子数字计算机。计算机的一个比较确切的定义是：计算机是一种以电子器件为基础的，不需要人的直接干预的，能够对各种数字化信息进行快速的算术和逻辑运算的工具，是一个由硬件、软件组成的复杂的自动化设备。
　　与其他机器设备一样，计算机先是一个工具。但和其他用于增强人的体力的机器设备不一样，计算机是增强人的脑力的工具，故俗称“电脑”。计算机主要用于增强人的记忆、计算、逻辑判断和信息处理的能力，而人类所独有的智慧水平，计算机是远远达不到的。掌握计算机先应该熟练地掌握它的使用方法，然后才进一步掌握其工作原理。
　　1.1.1计算机的发展简史
　　世界上第一台真正的全自动电子数字式计算机是1946年在美国宾夕法尼亚大学研制成功的ENIAC。这台计算机共用了18000多个电子管，占地约170m2，总重量约为30t，耗电量超过140kW，每秒能做5000次加减运算。ENIAC虽然有许多明显的不足，它的功能也远不及现在的一台普通微型计算机，但它的诞生宣告了电子计算机时代的到来。在随后的几十年中，计算机的发展突飞猛进，经历了电子管、晶体管、集成电路、超大规模集成电路、甚大规模集成电路五个阶段，在这个发展过程中计算机的体积越来越小，功能越来越强，价格越来越低，应用越来越广泛。
　　第一代计算机是电子管计算机（1946—1958），这一时期计算机的主要特征是使用电子管作为电子器件，软件还处于初始阶段，使用机器语言与汇编语言编制程序。该时代计算机是计算机发展的初级阶段，其体积比较大，运算速度比较慢，存储容量不大。为了解决某一问题，所编制的程序往往很复杂。这一代计算机主要用于进行科学计算。
　　第二代计算机是晶体管计算机（1958—1964），这一时期计算机的主要特征是使用晶体管作为电子器件，在软件方面则开始使用计算机语言，这为更多的人学习和使用计算机铺平了道路。这一代计算机的体积大大减小，具有质量小、寿命长、耗电少、运算速度快和存储容量比较大等优点。因此，这一代计算机不仅用于科学计算，还用于数据处理和事务处理，并逐渐用于工业控制。
　　第三代计算机是集成电路计算机（1964—1970），这一时期计算机的主要特征是使用中、小规模集成电路（MSI、SSI）作为电子器件。在这一时期，操作系统的出现使计算机的功能越来越强，应用范围越来越广。使用中、小规模集成电路制成的计算机，其体积与功耗都进一步减小，运算速度加快，可靠性等指标也得到了进一步的提高，并且为计算机的小型化、微型化提供了良好的条件。在这一时期，计算机不仅用于科学计算，还用于文字处理、企业管理和自动控制等领域，出现了计算机技术与通信技术相结合的管理信息系统，可用于生产管理、交通管理和情报检索等领域。
　　第四代计算机是指用大规模与超大规模集成电路（LSI，VLSI）作为电子器件制成的计算机（1971—1990）。这一代计算机的各种性能都有了大幅度的提高，应用软件也越来越丰富，应用涉及国民经济的各个领域，已经在办公自动化、数据库管理、图像识别、语音识别和专家系统等众多领域大显身手，并且进入了家庭。从1971年到1990年，作为第四代计算机重要产品的微型计算机得到了飞速的发展，对计算机的普及起到了决定性的作用。
　　第五代计算机