第1章计算机的基本组成1
1.1计算机的发展2
1.1.1计算机发展历程2
1.1.2现代计算机的理论基础7
1.2计算机系统简介8
1.3硬件介绍9
1.3.1运算器简介9
1.3.2控制器简介10
1.3.3主存储器简介11
1.3.4输入/输出系统简介12
1.4计算机的总线12
1.4.1计算机各部件的连接方式12
1.4.2总线的分类13
1.4.3总线的结构14
1.4.4总线控制方式15
1.4.5总线的通信方式18
1.5微型计算机整机系统22
1.5.1主板22
1.5.2显示器25
1.5.3电源25
习题25

第2章计算机的工作过程27
2.1冯·诺依曼关于计算机的构想28
2.2模拟计算机系统28
2.2.1模拟计算机的组成29
2.2.2模拟计算机的指令系统29
2.2.3模拟计算机系统的使用方法31
2.3计算机解决问题的步骤32
2.4计算机解决问题的实例33
2.5计算机硬件性能指标37
2.5.1机器字长37
2.5.2运算速度37
2.5.3存储器容量和读/写速度39
2.5.4缓存容量40
2.5.5输入/输出传输速率41
习题41

第3章数据在计算机中的表示和运算43
3.1概述44
3.2数值型数据的表示45
3.2.1进位计数制45
3.2.2无符号数50
3.2.3有符号数50
3.2.4定点数和浮点数57
3.3数值型数据的运算61
3.3.1定点加法与减法运算61
3.3.2定点乘法运算68
3.3.3定点除法运算71
3.3.4浮点数的加减运算74
3.3.5浮点数的乘法和除法运算77
3.4字符的表示 77
3.4.1ASCII码78
3.4.2Unicode码79
3.4.3汉字编码83
3.5其他常用数据信息编码85
3.5.1声音编码85
3.5.2图像编码86
3.6数据校验87
3.6.1奇偶校验87
3.6.2海明校验89
3.6.3循环冗余校验92
习题99

第4章存储器与存储系统101
4.1存储器概述101
4.1.1存储器的分类102
4.1.2存储器的性能指标104
4.2主存储器105
4.2.1主存储器的基本结构106
4.2.2半导体随机存储器106
4.2.3半导体只读存储器114
4.3存储系统的层次结构118
4.3.1速度、容量、价格的金字塔结构118
4.3.2主存Cache层次结构119
4.3.3主存外存层次结构119
4.4主存储器与CPU的连接120
4.4.1主存储器与CPU的连接方法120
4.4.2存储容量的扩展121
4.5高速缓冲存储器125
4.5.1Cache的工作原理125
4.5.2Cache主存的地址映射方式130
4.5.3Cache的改进133
4.6并行存储器134
4.6.1双端口存储器134
4.6.2多体交叉并行存储器135
4.7虚拟存储器与辅助存储器137
4.7.1虚拟存储器137
4.7.2辅助存储器139
习题142

第5章输入/输出系统144
5.1输入/输出系统概述145
5.1.1输入/输出系统的功能与组成145
5.1.2输入/输出系统与主机的联系146
5.1.3输入/输出设备举例150
5.2输入/输出接口153
5.2.1输入/输出接口的功能153
5.2.2输入/输出接口的组成155
5.2.3输入/输出接口的类型155
5.3程序查询方式156
5.3.1程序查询方式的工作原理156
5.3.2程序查询方式的接口电路157
5.3.3程序查询工作方式举例158
5.4程序中断方式159
5.4.1中断的工作原理159
5.4.2程序中断方式的工作过程160
5.4.3程序中断方式的接口电路165
5.5DMA方式167
5.5.1DMA的工作原理167
5.5.2DMA的接口电路169
5.5.3DMA方式与程序中断方式性能比较171
习题172

第6章指令系统173
6.1指令系统概述173
6.1.1指令与指令系统174
6.1.2指令系统的描述语言——机器语言与汇编语言174
6.1.3汇编语言的基本语法175
6.2指令的格式176
6.2.1地址码字段的格式176
6.2.2操作码字段的格式178
6.3指令的寻址方式180
6.3.1指令寻址方式180
6.3.2操作数寻址方式180
6.4指令的类型与功能186
6.4.1数据传送类指令187
6.4.2算术/逻辑运算指令187
6.4.3程序控制类指令188
6.4.4输入/输出类指令188
6.4.5其他指令188
6.5典型指令格式实例188
6.6RISC计算机系统191
6.6.1RISC的产生和发展191
6.6.2RISC的特点192
6.6.3RISC和CISC的比较193
习题193

第7章控制单元功能分析与设计196
7.1中央处理器197
7.1.1中央处理器简介197
7.1.2中央处理器的基本组成199
7.2控制器的构成202
7.2.1控制器简介202
7.2.2控制器的基本组成203
7.3指令周期205
7.3.1指令周期的基本概念205
7.3.2指令周期的数据流207
7.4中断系统209
7.4.1中断系统简介209
7.4.2中断处理过程211
7.5控制单元功能分析215
7.5.1控制单元的外特性215
7.5.2多级时序系统216
7.5.3控制方式217
7.5.4控制单元功能分析举例219
7.6控制单元设计思路221
7.6.1组合逻辑控制单元设计思路222
7.6.2微程序控制单元设计思路223
7.6.3微程序控制单元的组成224
7.6.4微程序、微指令格式设计225
习题229

第8章基于RISCV的计算机系统231
8.1RISCV概述232
8.1.1RISCV的概念232
8.1.2设计RISCV的意义232
8.1.3RISCV的发展历史233
8.1.4RISCV基金会和RISCV国际234
8.2RISCV基础指令集概述234
8.2.1硬件平台术语235
8.2.2RISCV软件执行环境和Hart资源235
8.2.3RISCV指令集的范围236
8.2.4内存238
8.2.5基本指令长度编码239
8.2.6扩展指令长度编码239
8.2.7异常、陷阱和中断240
8.2.8未在指令集中明确的部分241
8.3非特权指令之RSIC整数指令集241
8.3.1RV32I基础整数指令集241
8.3.2整数基础指令集编程模型241
8.3.3整数指令集格式242
8.3.4立即数编码扩展243
8.3.5整数运算类指令244
8.3.6控制转移指令247
8.3.7加载和存储指令250
8.3.8内存排序指令252
8.3.9调用和断点指令253
8.3.10提示指令254
8.4特权体系简介255
8.4.1RISCV特权软件栈255
8.4.2特权级别256
8.4.3调试模式257
8.5基于RISCV和微架构的处理器核的设计257
8.5.1开源RISCV核257
8.5.2开源RISCV核lbex的使用264
8.5.3图形化仿真工具Logisim267
8.5.4基于Logisim的图形化RISCV的核心实现272
8.6微架构简介277
习题278

参考文献278