本書是一種面向應用型的計算機組成原理教材。全書共分8章：第1章幫助讀者快速、趣味、深刻地
建立計算機系統的整體概念，并介紹了現代計算機硬件的測試技術與工具；第2章介紹計算機的存儲系統，
并介紹DRAM的內部操作對性能參數的影響；第3章介紹計算機的總線系統和主板的有關知識；第4章
介紹計算機的輸入輸出控制技術；第5章計介紹計算機的輸入輸出設備；第6章介紹計算機核心部件——
控制器的工作原理和基本設計思想；第7章在架構層面上介紹處理器中的并行技術；第8章介紹人們在非
馮·諾依曼體系結構和非硅晶體元器件兩個方面的探索。
本書概念清晰，深入淺出，取材新穎，從知識建構、啟發思維和適合教學3個角度組織學習內容，同
時不過多依賴先修課程。經過7次修訂，更貼近實際，更適合教學，可供應用型本科計算機科學與技術專
業、軟件工程專業、信息安全專業、網絡工程專業、信息管理和信息系統專業和其他相關專業教學使用，
也可以供有關工程技術人員和自學者使用。
零起點，不要求過多的數字邏輯鋪墊。? 概念清晰、嚴謹，注重本質層面討論。? 面向系統能力培養，貼近應用，貼近業界，貼近現代。? 貫穿知識建構、啟發思維的教學理念。? 結構簡潔、清晰，容易復習、梳理。
目??錄
第1章 計算機系統概述 1
1.1 計算工具自動化的形成軌跡 1
1.1.1 算盤和算籌——軟件與硬件的起源 1
1.1.2 從提花機到巴貝奇分析機——內程序計算機模型的提出 5
1.1.3 內動力計算機的形成軌跡 9
1.1.4 從八卦圖到布爾代數——電子數字計算機的理論基礎 16
1.1.5 馮·諾依曼電子數字計算機體系的確立 24
1.1.6 操作系統——計算機的自我管理 28
1.1.7 現代計算機系統結構 30
1.1.8 自動計算機理論的再討論 32
1.2 0、1編碼 33
1.2.1 數字系統中的信息單位與量級 33
1.2.2 十進制數與二進制數的轉換 34
1.2.3 八進制、十六進制和二-十進制 36
1.2.4 原碼、反碼、補碼和移碼 37
1.2.5 浮點數與定點數 40
1.2.6 聲音的0、1編碼 42
1.2.7 圖形/圖像的0、1編碼 43
1.2.8 文字的0、1編碼 46
1.2.9 指令的0、1編碼與計算機程序設計語言 49
1.2.10 數據傳輸中的抗干擾編碼 51
1.3 電子數字計算機的基本原理 54
1.3.1 電子數字計算機的運算器 54
1.3.2 計算機存儲器 56
1.3.3 計算機控制器 60
1.3.4 總線 63
1.3.5 計算機中的時序控制 64
1.4 馮·諾依曼計算機體系改進 66
1.4.1 馮·諾依曼體系的瓶頸 66
1.4.2 并行與共享 67
1.4.3 哈佛結構 70
1.5 計算機性能評測 71
1.5.1 計算機的主要性能指標 71
1.5.2 計算機性能測試工具 76
1.5.3 天梯圖 78
習題 79
第2章 存儲系統 83
2.1 主存儲器概述 83
2.1.1 ROM元件 83
2.1.2 RAM元件與存儲結構 85
2.1.3 DRAM元件與基本存儲結構 88
2.2 主存儲體組織 91
2.2.1 內存條的結構 91
2.2.2 存儲體的基本擴展方式 94
2.2.3 Bank 95
2.2.4 并行存儲器 97
2.2.5 并行處理機的主存儲器 99
2.2.6 存儲器控制器 100
2.3 SDRAM內部操作與性能參數 101
2.3.1 SDRAM的主要引腳 101
2.3.2 SDRAM的讀寫時序 101
2.3.3 突發傳輸 104
2.3.4 數據掩碼 105
2.3.5 DRAM的動態刷新 106
2.3.6 芯片初始化與預充電 109
2.3.7 RAM的一般性能參數 111
2.3.8 DDR SDRAM芯片參數 113
2.4 磁盤存儲器 114
2.4.1 磁表面存儲原理 114
2.4.2 硬磁盤存儲器的存儲結構 117
2.4.3 磁盤格式化 118
2.4.4 硬磁盤存儲器與主機的連接 121
2.4.5 硬磁盤存儲器的技術參數 123
2.4.6 磁盤陣列RAID 125
2.5 光盤存儲器 129
2.5.1 光盤的技術特點與類型 129
2.5.2 可擦寫型光盤的讀寫原理 129
2.5.3 光盤規格 130
2.6 閃速存儲器 133
2.6.1 閃存的原理 134
2.6.2 固態硬盤 134
2.7 存儲體系 136
2.7.1 多級存儲體系的建立 136
2.7.2 多級存儲體系的性能參數 138
2.7.3 Cache-主存機制 139
2.7.4 虛擬存儲器 144
2.8 未來記憶元件 148
2.8.1 磁隨機存取存儲器 148
2.8.2 鐵電隨機存取存儲器 149
2.8.3 相變隨機存取存儲器 149
2.8.4 阻變隨機存取存儲器 150
習題 151
第3章 總線與主板 154
3.1 總線的概念 154
3.1.1 總線及其規范 154
3.1.2 總線分類 155
3.1.3 總線的性能指標 158
3.1.4 標準系統總線 159
3.2 總線的工作原理 160
3.2.1 總線的組成與基本傳輸過程 160
3.2.2 總線的爭用與仲裁 161
3.2.3 總線通信中主從之間的時序控制 164
3.3 幾種標準系統總線分析 168
3.3.1 ISA總線 168
3.3.2 PCI總線 169
3.3.3 AGP總線 173
3.3.4 PCI-Express總線 174
3.4 幾種標準I/O總線分析 175
3.4.1 ATA與SATA總線 175
3.4.2 SCSI與SAS總線 177
3.4.3 USB總線 180
3.4.4 光纖總線FC 183
3.5 微型計算機主板 183
3.5.1 主板的概念 183
3.5.2 主板的組成 184
3.5.3 主板架構及其進展 190
3.5.4 主板選擇參數 194
3.5.5 主板整合技術 196
3.5.6 智慧型主板 196
習題 199
第4章 I/O接口與數據交換控制 201
4.1 I/O接口 201
4.1.1 影響I/O設備與計算機連接的主要因素 201
4.1.2 I/O接口的功能與類型 203
4.1.3 I/O接口的一般結構 203
4.1.4 緩沖 204
4.1.5 I/O端口及其編址 206
4.2 I/O過程的程序直接控制 207
4.2.1 I/O過程的程序無條件傳送控制方式 207
4.2.2 I/O過程的程序查詢傳送方式 208
4.3 I/O過程的程序中斷控制 209
4.3.1 程序中斷控制的核心概念 209
4.3.2 中斷關鍵技術 212
4.3.3 中斷接口 216
4.3.4 多重中斷 218
4.4 I/O數據傳送的DMA控制 218
4.4.1 DMA的基本概念 218
4.4.2 DMA與CPU共享存儲器沖突的解決方案 219
4.4.3 DMA控制器 221
4.4.4 DMA傳送過程 222
4.4.5 DMA方式與中斷方式的比較 224
4.5 I/O過程的通道控制 225
4.5.1 通道控制及其特點 225
4.5.2 通道控制原理 227
4.5.3 通道類型 229
習題 230
第5章 計算機輸入輸出設備 233
5.1 計算機輸入輸出設備概述 233
5.1.1 計算機人-機界面技術的進步 233
5.1.2 I/O設備的分類 235
5.1.3 綠色計算機設備 236
5.2 鍵盤與鼠標 237
5.2.1 物理鍵盤及其原理 237
5.2.2 鍵盤布局類型 238
5.2.3 軟鍵盤 239
5.2.4 虛擬激光鍵盤 240
5.2.5 鼠標 240
5.3 打印設備 241
5.3.1 打印設備及其分類 241
5.3.2 打印機的基本性能指標 242
5.3.3 噴墨打印機 243
5.3.4 激光打印機 245
5.3.5 3D打印機 247
5.3.6 4D打印機 250
5.4 顯示器 251
5.4.1 平板顯示器的基本原理 252
5.4.2 圖像顯示關鍵技術 255
5.4.3 平板顯示器的技術指標 256
5.4.4 觸摸屏 258
5.5 虛擬現實、增強現實與現實虛擬 260
5.5.1 虛擬現實 260
5.5.2 增強現實 262
5.5.3 現實虛擬、混合現實與介導現實 265
5.6 I/O設備適配器 266
5.6.1 顯示適配器 267
5.6.2 聲卡 270
5.6.3 網絡適配器 272
5.7 設備驅動程序與BIOS 274
5.7.1 設備驅動程序 274
5.7.2 ROM BIOS 277
習題 279
第6章 控制器邏輯 281
6.1 處理器的外特性——指令系統 281
6.1.1 指令系統與匯編語言概述 281
6.1.2 尋址方式 284
6.1.3 Intel 8086指令簡介 289
6.1.4 CISC與RISC 296
6.1.5 指令系統的設計內容 301
6.2 組合邏輯控制器 301
6.2.1 指令的微操作分析 302
6.2.2 指令的時序控制與時序部件 304
6.2.3 組合邏輯控制器設計舉例 306
6.3 微程序控制器 308
6.3.1 概述 308
6.3.2 微程序操作控制部件的組成 309
6.3.3 微程序操作控制部件設計舉例 310
習題 312
第7章 處理器架構 316
7.1 流水線技術 316
7.1.1 指令流水線 316
7.1.2 運算流水線 318
7.1.3 流水線中的相關沖突 319
7.1.4 流水線中的多發射技術 321
7.1.5 Pentium CPU 322
7.1.6 流水線向量處理機 326
7.2 多處理器系統 330
7.2.1 多計算機系統與多處理器系統 330
7.2.2 SMP架構 331
7.2.3 多處理器操作系統 334
7.3 多線程處理器 335
7.3.1 多線程處理器架構的提出 335
7.3.2 同時多線程技術SMT 337
7.3.3 超線程處理器 339
7.4 多核處理器 342
7.4.1 多核處理器及其特點 342
7.4.2 多核 多線程—— CMT技術 344
7.5 關于處理器并行性開發的討論 344
7.5.1 并行性及其級別 344
7.5.2 基于并行性的處理器體系Flynn分類 346
7.5.3 處理器并行性開發的思路與途徑 347
習題 349
第8章 未來計算機展望 351
8.1 非馮·諾依曼體系計算機探索 351
8.1.1 數據流計算機 351
8.1.2 歸約機 354
8.1.3 擬態計算機 355
8.2 智能計算機的研究 356
8.2.1 人工智能及其研究 356
8.2.2 智能計算機 362
8.2.3 人工神經元網絡 365
8.3 未來計算機元器件展望 370
8.3.1 摩爾定律及其影響 370
8.3.2 突破傳統微電子工藝的努力 372
8.3.3 納米電子器件 374
8.3.4 量子計算機 377
8.3.5 光學計算機 380
8.3.6 超導技術 381
8.3.7 生物計算機 382
習題 384
附錄A 國內外常用二進制邏輯元件圖形符號對照圖 385
參考文獻 387
·III·
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