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计算机组成原理.pdf

计算机组成原理

阿浪
2010-12-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《计算机组成原理pdf》,可适用于考试题库领域

21世纪大学本科计算机专业系列教材计算机组成原理教师用书蒋本珊 编著清华大学出版社北京内容简介  本书是与“21世纪大学本科计算机专业系列教材”中的枟计算机组成原理枠(主教材)一书完全配套的教师用书。全书共分8章与主教材的结构相同每一章都按基本内容要求、误点疑点解惑、相关知识介绍和教材习题解答四大版块进行组织。全书概念清楚、通俗易懂、由浅入深其核心内容是每一章的误点疑点解惑和相关知识介绍两大版块。各章中都以专题的形式对有关问题进行了比较详细和深入的讨论并且通过一些例题来帮助读者加深对“计算机组成原理”课程所学知识的理解。教材习题解答版块则给出了主教材中所附全部习题的详细解答过程和参考答案。本书是教师讲授“计算机组成原理”课程的教学参考书也可以作为学生学习本课程的参考用书。版权所有翻印必究。举报电话:唱  本书封面贴有清华大学出版社防伪标签无标签者不得销售。本书防伪标签采用特殊防伪技术用户可通过在图案表面涂抹清水图案消失水干后图案复现或将表面膜揭下放在白纸上用彩笔涂抹图案在白纸上再现的方法识别真伪。图书在版编目(CIP)数据计算机组成原理教师用书/蒋本珊编著.北京:清华大学出版社2005.8(21世纪大学本科计算机专业系列教材)ISBN7唱302唱11316唱5Ⅰ.计⋯ Ⅱ.蒋⋯ Ⅲ.计算机体系结构-高等学校-教学参考资料 Ⅳ.TP303中国版本图书馆CIP数据核字(2005)第074701号出版者:清华大学出版社地址:北京清华大学学研大厦http://www.tup.com.cn邮编:100084社总机:010唱62770175客户服务:010唱62776969责任编辑:张瑞庆封面设计:孟繁聪印装者:北京鑫海金澳胶印有限公司发行者:新华书店总店北京发行所开本:185×230 印张:16.5 字数:346千字版次:2005年8月第1版 2006年7月第2次印刷书号:ISBN7唱302唱11316唱5/TP·7456印数:3001~ 定价:25.00元名誉主任:陈火旺主  任:李晓明副主任:钱德沛 焦金生委  员:(按姓氏笔画为序)马殿富 王志英 王晓东 宁 洪 刘 辰孙茂松 李大友 李仲麟 吴朝晖 何炎祥宋方敏 张大方 张长海 周兴社 侯文永袁开榜 钱乐秋 黄国兴 蒋宗礼 曾 明廖明宏 樊孝忠秘  书:张瑞庆本书责任编委:袁开榜编委会序  言PREFACE21世纪是知识经济的时代是人才竞争的时代。随着21世纪的到来人类已步入信息社会信息产业正成为全球经济的主导产业。计算机科学与技术在信息产业中占据了最重要的地位这就对培养21世纪高素质创新型计算机专业人才提出了迫切的要求。为了培养高素质创新型人才必须建立高水平的教学计划和课程体系。在20多年跟踪分析ACM和IEEE计算机课程体系的基础上紧跟计算机科学与技术的发展潮流及时制定并修正教学计划和课程体系是尤其重要的。计算机科学与技术的发展对高水平人才的要求需要我们从总体上优化课程结构精炼教学内容拓宽专业基础加强教学实践特别注重综合素质的培养形成“基础课程精深专业课程宽新”的格局。为了适应计算机科学与技术学科发展和计算机教学计划的需要要采取多种措施鼓励长期从事计算机教学和科技前沿研究的专家教授积极参与计算机专业教材的编著和更新在教材中及时反映学科前沿的研究成果与发展趋势以高水平的科研促进教材建设。同时适当引进国外先进的原版教材。为了提高教学质量需要不断改革教学方法与手段倡导因材施教强调知识的总结、梳理、推演和挖掘通过加快教案的不断更新使学生掌握教材中未及时反映的学科发展新动向进一步拓广视野。教学与科研相结合是培养学生实践能力的有效途径。高水平的科研可以为教学提供最先进的高新技术平台和创造性的工作环境使学生得以接触最先进的计算机理论、技术和环境。高水平的科研还可以为高水平人才的素质教育提供良好的物质基础。学生在课题研究中不但能了解科学研究的艰辛和科研工作者的奉献精神而且能熏陶和培养良好的科研作风锻炼和培养攻关能力和协作精神。进入21世纪我国高等教育进入了前所未有的大发展时期时代的进步与发展对高等教育质量提出了更高、更新的要求。2001年8月教育部颁发了枟关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见枠。文件指出本科教育是高等教育的主体和基础抓好本科教学是提高整个高等教育质量的重点和关键。随着高等教育的普及和高等学校的扩招在校大学本科计算机专业学生的人数将大量上升对适合21世纪大学本科计算机科学与技术学科课程体系要求的并且适合中国学生学习的计算机专业教材的需求量计算机组成原理教师用书l也将急剧增加。为此中国计算机学会和清华大学出版社共同规划了面向全国高等院校计算机专业本科生的“世纪大学本科计算机专业系列教材”。本系列教材借鉴美国ACM和IEEE/CS最新制定的ComputingCurricula2001(简称CC2001)课程体系反映当代计算机科学与技术学科水平和计算机科学技术的新发展、新技术并且结合中国计算机教育改革成果和中国国情。中国计算机学会教育专业委员会和全国高等学校计算机教育研究会在清华大学出版社的大力支持下跟踪分析CC2001并结合中国计算机科学与技术学科的发展现状和计算机教育的改革成果研究出了枟中国计算机科学与技术学科教程2002枠(ChinaCom唱putingCurricula2002简称CCC2002)该项研究成果对中国高等学校计算机科学与技术学科教育的改革和发展具有重要的参考价值和积极的推动作用。“世纪大学本科计算机专业系列教材”正是借鉴美国ACM和IEEE/CSCC2001课程体系依据CCC2002基本要求组织编写的计算机专业教材。相信通过这套教材的编写和出版能够在内容和形式上显著地提高我国计算机专业教材的整体水平继而提高我国大学本科计算机专业的教学质量培养出符合时代发展要求的具有较强国际竞争力的高素质创新型计算机人才。中国工程院院士国防科学技术大学教授21世纪大学本科计算机专业系列教材编委会名誉主任2002年7月Ⅳ前  言FOREWORD“计算机组成原理”是计算机各类专业学生的必修核心课程之一主要讨论计算机各大部件的基本组成原理以及各大部件互连构成整机系统的技术。本课程在计算机科学与技术学科中处于承上启下的地位具有内容多、难度大等特点。本书根据作者本人二十年来从事“计算机组成原理”课程教学的经验和体会整理编写而成以满足讲授“计算机组成原理”课程教师的需要。本书的使用将有助于教师对主教材和相关背景知识的理解对于改进教学方法提高教学质量都有着积极的意义。本书是与“21世纪大学本科计算机专业系列教材”中的枟计算机组成原理枠(主教材)一书完全配套的教师参考用书。全书共分8章与主教材的结构相同每一章都按基本内容要求、误点疑点解惑、相关知识介绍和教材习题解答等四大版块进行组织。第一版块按照了解、理解、掌握3个不同的层次对各章节的教学内容提出了基本要求既方便教师在教学过程中根据实际的教学时数合理地安排教学内容又方便学生在学习过程中把握住重点。第二版块结合作者多年的教学经验和体会对本课程学习过程中容易出现的误点与疑点问题进行答疑解惑指出了教学过程中需要特别注意的问题。第三版块对主教材中由于篇幅原因没能展开的内容以及与本课程密切相关的背景知识进行介绍和讨论以丰富读者的视野。第四版块则给出了主教材中所附全部习题较为详细的解答过程与参考答案这是应读者的要求而编写的。本书是根据中国计算机学会教育委员会制订的枟中国计算机科学与技术学科教程2002枠(CCC2002)对课程教学内容的要求结合作者讲授本课程二十年的教学经验和体会“磨”出来的。全书概念清楚、由浅入深。全书的核心内容是每一章的误点疑点解惑和相关知识介绍两大版块在每章中都以专题的形式对有关问题进行了比较详细和深入的讨论并且还有一些例题用来帮助读者加深对有关知识点的理解。考虑到本书的主要读者对象应该是讲授“计算机组成原理”课程的教师所以在本书每一章的最后一个版块给出了主教材中全部习题的详细解答以供讲授和辅导时参考。要注意的是有些习题的答案并不惟一设计也不一定最优读者可以根据解题思路自己计算机组成原理教师用书l解答不要受到参考答案的限制和束缚。还需要特别指出的是学生在学习过程中最好不要先看这一部分的内容一定要给自己留下一个独立思考的空间。“计算机组成原理”课程的教材在国内已经出版有多种近年来也出现了一些面向学生的学习指导用书但目前还没有见到有针对主讲和辅导教师编写的教师用书面世本书的出版可以说是填补了一个空白相信它会为广大讲授该课程的教师提供有益的帮助。主教材枟计算机组成原理枠一书至2004年3月出版以来受到读者的欢迎和专家的认可并已于2004年底被评为北京市精品教材与主教材配套的枟计算机组成原理学习指导与习题解析枠一书也已出版此次本教师用书的出版将会使这套书更丰富和完善它们将与枟计算机组成原理电子教案枠一起构成一个“计算机组成原理”课程的立体教材教学资源体系。本书既与主教材有紧密的关系又独立成书可以单独使用。既可以作为教师讲授“计算机组成原理”课程的参考书也可以作为学生学习“计算机组成原理”课程的参考书。在本书编写过程中得到了枟21世纪大学本科计算机专业系列教材枠编委会的多次指导和建议清华大学出版社的编辑们也为本书的出版做了许多工作。在此对他们辛勤的工作和热情的支持表示诚挚的感谢!由于时间的原因以及个人的水平限制书中难免有错误和不妥之处欢迎同行专家学者和广大读者批评指正。如有问题可直接与作者邮箱联系:bsjiang@public.bta.net.cn。作 者2005年5月于北京理工大学Ⅵ目  录CONTENTS第章 概论1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.1 基本内容要求1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.2 误点疑点解惑1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.主机1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.单总线2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.完整的计算机系统2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.硬件、软件的功能划分与逻辑上的等价2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.机器字长和数据通路宽度3⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.3 相关知识介绍3⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.冯·诺依曼型计算机及其计算机系统结构的发展3⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.微处理器4⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.三态门和总线电路5⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.系列机与兼容机6⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.计算机的多层次结构6⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.广义语言与计算机程序6⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.透明性7⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.4 教材习题解答8⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第章 数据的机器层次表示10⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.1 基本内容要求10⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.2 误点疑点解惑11⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.真值和机器数的区别11⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.模与补码表示法11⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.原码和补码的区别12⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.定点数的表示范围12⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯计算机组成原理教师用书l5.浮点数的表示范围14⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.浮点数的规格化15⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.移码偏置值的选择15⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.定点数与浮点数的比较16⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9.3种汉字编码的区别17⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10.十进制数的BCD编码18⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11.奇偶校验位的形成和奇偶校验码的检测19⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.3 相关知识介绍20⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.补码[X]补与真值X的转换20⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.原码[X]原与补码[X]补的转换21⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.浮点数的表数范围22⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.浮点数尾数基数的选择22⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.IEEE754标准的浮点数24⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.汉字的字形码25⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.校验码的码距26⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.海明编码27⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9.循环冗余校验码的模2运算28⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10.循环冗余校验码的编码和校验过程29⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11.循环冗余校验码的纠错原理30⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.4 教材习题解答32⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第章 指令系统41⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.1 基本内容要求41⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.2 误点疑点解惑42⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.指令长度42⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.双操作数运算类指令的执行42⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.地址个数对程序长度和指令长度的影响44⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.不同地址数指令的进一步分析47⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.非规整性编码扩展操作码法47⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.地址码位数与主存容量和最小寻址单位的关系48⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.指令寻址和数据寻址49⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.常见数据寻址方式分析49⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9.各种数据寻址方式的速度比较50⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10.变址寻址和基址寻址的区别51⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯Ⅷ目  录   l     11.相对寻址中的位移量52⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12.存储器堆栈的操作53⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13.返回指令的地址字段54⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14.输入输出指令的设置54⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.3 相关知识介绍55⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.操作码优化法Huffman编码55⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.操作码优化法扩展操作码57⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.面向不同对象的寻址方式59⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.变址寻址和间接寻址的比较59⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.程序在主存中的定位技术60⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.缩短指令中地址码长度的方法61⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.存储器堆栈组织61⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.其他程序控制类指令62⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9.对指令系统的基本要求63⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.4 教材习题解答64⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第章 数值的机器运算72⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.1 基本内容要求72⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.2 误点疑点解惑73⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.并行加法器的进位产生和传递73⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.并行加法器的进位传递方式和传递时间73⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.补码加减运算及其实现74⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.补码Booth乘法75⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.补码加减交替除法75⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.浮点加减运算中的对阶和结果规格化76⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.浮点除法运算中的尾数调整77⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.BCD码的加法运算77⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9.基本逻辑运算及其应用78⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.3 相关知识介绍79⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.全加器电路79⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.4位先行进位电路CLA80⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.4位成组先行进位电路81⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.4位CLA加法器和4位BCLA加法器的比较81⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.原码和反码的加减运算81⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯Ⅸ计算机组成原理教师用书l6.补码的移位操作84⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.各种舍入方法的比较84⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.补码校正乘法86⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9.原码两位乘法86⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10.不同情况除法运算中的寄存器安排89⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11.二进制移码加减法89⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12.浮点乘法运算的溢出和舍入问题91⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13.多功能算术逻辑单元7418193⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14.先行进位发生器7418294⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15.位片式运算器95⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.4 教材习题解答96⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第章 存储系统和结构108⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.1 基本内容要求108⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.2 误点疑点解惑109⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.存储系统和存储器109⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.主存储器组织110⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.字节编址计算机的大端方案和小端方案110⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.主存储器的存储容量和存取速度111⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.边界对齐的数据存放方法111⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.动态随机存储器的刷新112⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.各类半导体存储芯片的特点113⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.存储芯片的地址译码系统114⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9.存储容量的扩展及存储芯片与CPU的连接115⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10.选片地址的全译码和部分译码116⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.3 相关知识介绍116⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.存储系统的性能分析116⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.访问的局部性原理117⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.静态RAM芯片分析118⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.动态RAM芯片分析119⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.MROM和PROM的写入121⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.RAM的奇偶校验电路122⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.BIOS和CMOS芯片122⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.双端口存储器123⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯Ⅹ目  录   l     9.多体并行系统123⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10.主存与Cache之间的地址变换与映像方式125⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11.虚拟存储器的工作过程125⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12.相联存储器127⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.4 教材习题解答128⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第章 中央处理器141⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.1 基本内容要求141⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.2 误点疑点解惑142⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.CPU中寄存器的设置142⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.CPU的主要性能指标参数143⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.控制器的功能与组成144⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.控制器的核心控制单元145⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.指令的机器周期146⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.指令执行的控制方式147⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.指令微操作序列的安排148⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.字段直接编码和字段间接编码153⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9.微程序控制方式153⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10.形成后继微地址的几种方式比较154⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.3 相关知识介绍155⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.外频与前端总线频率的区别与联系155⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.CPU的性能156⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.微程序控制器结构158⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.后继微地址形成实例159⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.微程序设计举例164⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.毫微程序设计和毫微程序控制器166⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.流水线的性能分析168⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.消除流水线瓶颈的方法169⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.4 教材习题解答170⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第章 外部设备182⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.1 基本内容要求182⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.2 误点疑点解惑183⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.磁盘存储器的平均存取时间183⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯Ⅺ计算机组成原理教师用书l2.改进调频制提高记录密度的分析183⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.硬盘存储器的圆柱面184⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.磁盘的基本操作184⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.非编码键盘的行反转法185⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.点阵针式打印机的打印方式186⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.激光打印机的印字原理186⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.图形和图像187⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9.CRT显示器的有关技术指标187⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10.VRAM的容量和内容188⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11.字符显示原理和具体显示过程189⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12.显示器的同步控制190⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.3 相关知识介绍193⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.磁记录方式的性能特点193⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.几种磁记录方式的读出过程分析195⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.群码制(GCR)195⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.1/4英寸的数据流磁带机196⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.CD唱ROM读盘方式196⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.光盘刻录机工作原理197⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.无线鼠标198⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.鼓式宽行打印机199⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9.色光三原色和颜料三原色200⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10.彩色喷墨打印机工作原理201⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11.彩色激光打印机色彩合成原理202⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12.AGP接口202⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.4 教材习题解答203⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第章 输入输出系统211⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.1 基本内容要求211⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.2 误点疑点解惑212⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.接口与接口中的寄存器212⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.程序查询方式传送举例213⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.中断系统的功能213⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.程序中断方式不适合高速外设数据传送的原因214⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.中断响应阶段完成的任务214⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯Ⅻ目  录   l     6.中断服务程序入口地址的获取方式215⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.程序中断方式中容易混淆的几个问题216⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.DMA控制器的控制过程217⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9.单字传送与成组连续传送218⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10.周期挪用法的特点218⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11.采用周期挪用法的数据传送过程219⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12.3种不同类型通道的比较220⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13.通道操作的全过程221⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.3 相关知识介绍222⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.输入输出系统的特点222⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.主机与外设的连接方式223⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.中断系统的软硬件功能分配224⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.可屏蔽中断和不可屏蔽中断225⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.向量中断与向量地址的产生225⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6.向量中断的执行过程227⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7.中断升级的另一种方法改变处理机优先级228⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.连接多台外设的DMA控制器230⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9.通道中的数据传送过程230⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10.通道的流量分析232⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8.4 教材习题解答234⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯参考文献246⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯编第章概  论. 基本内容要求本章将从存储程序的概念入手讨论计算机的基本组成与工作原理使读者对于计算机系统先有一个简单的整体概念为今后深入讨论各个部件打下基础。  学习要求磶了解存储程序概念磶掌握CPU和主机两个术语的含义磶掌握5大基本部件的功能磶理解总线概念和总线分时共享的特点磶理解三态门与总线电路磶了解大、中型计算机的典型结构磶理解计算机系统的含义磶理解硬件与软件的关系磶了解系列机和软件兼容磶了解计算机系统的多层次结构磶了解实际机器和虚拟机器磶理解计算机中主要性能指标(基本字长、数据通路宽度、存储容量等). 误点疑点解惑.主机主机=CPU+主存储器主机是一个简单的基本概念但经常会有学生回答:主机=CPU+存储器。这个答案对早期的计算机来说不能算错但对现代的计算机来说就不能算对了起码这个答案是计算机组成原理教师用书l    不完整的。因为存储器有主存储器和辅助存储器之分主机中只包括主存储器而不包括辅助存储器。主存储器由RAM和ROM组成对于微型计算机而言是指插在主板上的内存条和其他存储芯片。辅助存储器则是硬盘、软盘、光盘等存储器的总称它们处于主板之外属于外部设备。.单总线总线结构是小型、微型计算机的典型结构它可以将五大基本部件连接成硬件系统。单总线(系统总线)按总线上传送信息的不同又可以细分为:地址总线、数据总线和控制总线。地址总线用来传输由CPU向主存、外设发送的地址信息其位数决定了系统能够使用的最大的存储容量数据总线用来传输各功能部件之间的数据信息其位数是决定系统总体性能的关键因素控制总线上传输的是控制信息包括CPU送出的控制命令和主存(或外设)返回CPU的反馈信号。一提到地址总线、数据总线和控制总线不少人可能会把它们误认为是3组不同的总线。事实上地址总线、数据总线和控制总线都是系统总线的一部分只是根据总线上传送的信息不同而分别定名不能因为它们的名称不同而认为它们是3个总线。.完整的计算机系统一个完整的计算机系统包含硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部件。软件系统分为系统软件和应用软件两大类。系统软件包括操作系统、诊断程序、计算机语言处理程序等应用程序包括厂家出售的通用软件和用户自己编写的应用程序。这是一个简单的基本概念但经常会有学生误认为计算机的硬件系统就是计算机系统。应当强调指出硬件和软件是相辅相成的、不可分割的整体。软件是计算机系统的灵魂没有软件的硬件“裸机”将不能提供给用户使用犹如一堆废铁。.硬件、软件的功能划分与逻辑上的等价硬件是躯体是物质基础软件是灵魂是硬件功能的完善和补充。没有硬件或者没有良好的硬件就无从谈起运行软件也就无法计算、处理某一方面的问题。没有软件或者没有优秀的软件计算机就是一个空壳根本无法工作或者不能高效率地工作。因此硬件与软件具有相互渗透、相互依存、互相配合、互相促进的关系二者缺一不可。硬件与软件之间的功能分配关系常常随着技术发展而变化哪些功能分配给硬件哪些功能分配给软件是没有固定模式的。在计算机中实际上有许多功能既可以直接由硬件实现也可以在硬件的支持下依靠软件来实现也就是说硬件和软件在逻辑功能上是等价的。例如乘法运算既可以用硬件乘法器实现也可以用乘法子程序实现。在设计一台计算机时硬、软件功能如何分配取决于所选定的设计目标、系统的性能价格比也与当时的技术水平有关。早期较多采用“硬件软化”的技术策略。为了降低计算机的造价只让硬件完成比较概  论第章l    简单的指令操作如传送、加法、减法、移位和基本逻辑运算而乘法、除法、浮点运算等比较复杂的功能则交给软件完成。随着集成电路技术的飞速发展“软件硬化”已成为常用的技术策略。将原来依靠软件才能实现的一些功能改由大规模或超大规模集成电路直接实现如浮点运算、存储管理等。微程序控制技术的出现使计算机结构和硬、软件功能分配发生了变化对指令的解释与执行是通过运行微程序来实现的。因而又出现了另一种技术策略“软件固化”。利用程序设计技术可使原来属于软件级的一些功能纳入微程序一级。微程序类似于软件但被固化在只读存储器中属于硬件CPU的范畴称为固件。人们也常采用软件固化的策略将系统软件的核心部分(如操作系统的内核、常用软件中固定不变的部分)固化在存储芯片中。.机器字长和数据通路宽度机器字长也称基本字长它是指参与运算的数的基本位数也即CPU在同一时间内能一次处理的二进制数的位数。机器字长标志着计算精度也反映寄存器、运算部件和数据总线的位数。机器字长越长操作数的位数越多计算精度也就越高但相应部件的位数也会增多使硬件成本随着增高。为了较好地协调计算精度与硬件成本的制约关系针对不同需求大多数计算机允许采用变字长运算即允许硬件实现以字节为单位的运算以及某种基本字长或双字长的运算通过软件实现多字长运算。数据通路宽度是指数据总线一次所能并行传送信息的位数它影响计算机的有效处理速度。数据通路宽度分为CPU内部和CPU外部两种情况。CPU内部数据通路宽度一般等于机器字长即内部数据线的位数而CPU外部数据通路宽度则等于系统数据总线一次所能并行传送信息的位数即CPU与主存、输入输出设备之间一次数据传送的信息位数。有的CPU内、外数据通路宽度一样而有的CPU内、外数据通路宽度则不同。例如Pentium微处理器的内部数据线为32位而外部数据线为64位。还需要说明的一个概念是字(Word)字实际上只能算作一个计量单位对于系列机来说字的长度是固定的。例如在80x86系列中一个字等于16位。所以将16位的数据称为单字32位的数据称为双字64位的数据称为四倍字。在IBM303X系列中一个字等于32位。所以将16位的数据称为半字32位的数据称为单字64位的数据称为双字。. 相关知识介绍.冯·诺依曼型计算机及其计算机系统结构的发展1946年冯·诺依曼等3人共同发表一篇题为“电子计算机装置逻辑结构初探”的论文在文中详细描述了计算机的逻辑设计、指令修改的概念以及计算机的电子电路提出了一个完整的现代计算机雏形它由运算器、控制器、存储器和输入输出设备组成如图计算机组成原理教师用书l    1唱1所示。图1唱1 早期的冯·诺依曼型计算机组成框图冯·诺依曼结构规定控制器是根据存放在存储器中的程序来工作的即计算机的工作过程就是运行程序的过程。为了使计算机能正常工作程序必须预先存放在存储器中。这就是存储程序的概念。现代计算机与早期计算机相比在结构上还是有不少变化的如从以运算器为中心改为以存储器为中心。但就其结构原理来说目前绝大多数计算机仍建立在存储程序概念的基础上。冯·诺依曼型计算机的这种工作方式称为控制驱动。控制驱动是由指令流来驱动数据流的。随着计算机技术的不断发展计算机系统结构有了许多改进。主要包括:瞯从基于串行算法变为适应并行算法出现了向量计算机、并行计算机、多处理机等。瞯高级语言与机器语言的语义距离缩小出现了面向高级语言的计算机和直接执行高级语言的计算机。瞯硬件子系统与操作系统和数据库管理系统软件相适应出现了面向操作系统的计算机和数据库计算机等。瞯从传统的控制驱动型改变为数据驱动型和需求驱动型出现了数据流计算机和归约机。瞯为适应特定应用环境而出现了各种专用计算机如快速傅里叶变换机器、过程控制计算机等。瞯为获得高可靠性而研制容错计算机。瞯计算机系统功能分散化、专业化出现了各种功能分布计算机包括外围处理机、通信处理机等。瞯出现了与大规模、超大规模集成电路相适应的计算机系统结构。瞯出现了处理非数值化信息的智能计算机例如处理自然语言、声音、图形和图像等信息的计算机。.微处理器通常将运算器和控制器合称为中央处理器(CPU)在由超大规模集成电路构成的微概  论第章l    图1唱2 典型的微处理器芯片型计算机中往往将CPU制成一块芯片称为微处理器。在现代的微处理器芯片中还包含浮点处理部件(FPU)、内部高速缓冲存储器(L1Cache)和存储管理部件(MMU)以加快计算机执行指令的速度。典型的微处理器芯片内部如图1唱2所示。随着集成电路技术的发展在一些微处理器中将L2Cache也嵌入在微处理器内或将L2Cache与其他部件一起封装在被称为CPU模块的金属盒内。.三态门和总线电路三态门与普通门相比多了一个控制端G/G只有当控制端有效时该三态门才满足正常的逻辑关系否则输出将呈现高阻状态相当于这个三态门与外界断开联系。三态门有多种不同的实现方式其真值表各不相同。使用时须注意控制端是高电平有效还是低电平有效这可以从三态门逻辑符号控制端是否标有小圆圈来区分。同样三态门的输出也不一定反向需从三态门逻辑符号输出端是否标有小圆圈来区分。目前计算机中广泛采用三态门构成总线电路。总线电路有单向总线和双向总线之分单向总线是指总线上的信息只能向一个方向传送如地址总线就是单向总线双向总线是指总线上的信息可以向两个方向传送如数据总线就是双向总线。常用的总线电路有很多种其中:总线缓冲器/驱动器/接收器是单向总线电路总线收发器是双向总线电路。另外还有许多带有三态输出的逻辑电路如寄存器、锁存器、数据选择器等。74244是一种八总线缓冲器/驱动器/接收器芯片其内部结构如图1唱3所示输入输出真值表见表1唱1其中Z表示高阻。当控制端G=0时总线输出Y=A当控制端G=1时总线输出呈高阻状态。图1唱3 单向总线电路表唱 真值表输入输出GAY0o0唵0烫0o1唵1烫1o×Z  计算机组成原理教师用书l      74245是一种八总线收发器其内部结构如图1唱4所示输入输出真值表见表1唱2。当控制端G=0且DIR=0时数据从B端传送到A端当控制端G=0且DIR=1时数据从A端传送到B端当控制端G=1时总线呈高阻状态。图1唱4 双向总线电路表唱 真值表控制输入GDIR操作0*0AB数据到A输出0*1AA数据到B输出1*×隔离  .系列机与兼容机系列机是指同一个生产厂家生产的具有相同的系统结构但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。兼容机是指不同生产厂家生产的具有相同系统结构的计算机。它的思想与系列机的思想是一致的。.计算机的多层次结构计算机系统由硬件、固件和软件组成按功能划分成多级层次结构。每一级各对应一种机器其作用和组成如图1唱5所示。在这里“机器”只对一定的观察者而存在。它的功能体现在广义语言上能对该语言提供解释手段如同一个解释器然后作用在信息处理和控制对象上。在某一级观察者看来他只是通过该级的语言来了解和使用计算机至于下层机器级是如何工作和如何实现的就不必关心了。把计算机系统按功能划分成多级层次结构首先有利于正确理解计算机系统的工作明确软件、硬件和固件在计算机系统中的地位和作用其次有利于理解各种语言的实质及其实现最后还有利于探索虚拟机器新的实现方法设计新的计算机系统。.广义语言与计算机程序广义语言包括机器语言、汇编语言、高级语言和应用语言等。机器语言(机器指令)是计算机能直接识别和执行的语言但用机器语言编写程序、阅概  论第章l    图1唱5 机器的作用和组成读程序都非常困难。为了提高编程序、读程序的效率产生了与机器语言相对应的符号(助记符)语言这种符号语言后来就发展成了汇编语言。因为机器不认识汇编语言所以必须通过叫做汇编程序的软件把它转换为机器语言。其转换过程如图1唱6所示。图1唱6 汇编语言程序转换成机器语言程序的过程高级语言是不针对具体机器的计算机语言编写程序和阅读程序都比较容易。用高级语言编写的程序也必须转换成机器语言才能执行实现这种转换的程序是编译程序和解释程序。编译程序的功能是把高级语言编写的源程序翻译成目标程序然后经过链接生成可执行程序并保存起来。有的高级语言以汇编语言作为中间输出汇编程序把汇编语言的中间输出变成机器语言(目标程序)链接程序再把目标程序和存放在程序库里的有关信息链接装配在一起最终产生可执行程序。其转换过程如图1唱7所示。图1唱7 高级语言源程序变成可执行程序的过程解释程序的功能是对高级语言编写的源程序逐句解释并立即执行不保留目标程序不生成可执行程序。.透明性在计算机中客观存在的事物或属性从某个角度看不到就称为“透明”。这与日常生活中的“透明”的含义正好相反。日常生活中的“透明”是要公开让大家看得到而计算机计算机组成原理教师用书l    中的“透明”则是指看不到的意思。所谓透明实际上就是指那些不属于自己管的部分(不会出现和不需要了解的部分)。通常在一个计算机系统中下层机器级的概念性结构和功能特性对上层机器语言的程序员来说就是透明的。例如浮点数表示、乘法指令对高级语言程序员、应用程序员透明而对汇编语言程序员、机器语言程序员则不透明再例如数据总线宽度、微程序对汇编语言程序员、机器语言程序员透明而对硬件设计者、计算机维修人员则不透明。. 教材习题解答1.电子数字计算机和电子模拟计算机的区别在哪里?解:电子数字计算机中处理的信息是在时间上离散的数字量运算的过程是不连续的电子模拟计算机中处理的信息是连续变化的物理量运算的过程是连续的。2.冯·诺依曼计算机的特点是什么?其中最主要的一点是什么?解:冯·诺依曼计算机的特点如下:①计算机(指硬件)应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成②计算机内部采用二进制来表示指令和数据③将编好的程序和原始数据事先存入存储器中然后再启动计算机工作。第③点是最主要的一点。3.计算机的硬件是由哪些部件组成的?它们各有哪些功能?解:计算机的硬件应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。它们各自的功能是:①输入设备:把人们编好的程序和原始数据送到计算机中去并且将它们转换成计算机内部所能识别和接受的信息方式。②输出设备:将计算机的处理结果以人或其他设备所能接受的形式送出计算机。③存储器:用来存放程序和数据。④运算器:对信息进行处理和运算。⑤控制器:按照人们预先确定的操作步骤控制整个计算机的各部件有条不紊地自动工作。4.什么叫总线?简述单总线结构的特点。解:总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路它能分时地发送与接收各部件的信息。单总线结构即各大部件都连接在单一的一组总线上这个总线被称为系

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