計算機系統原理(重點大學計算機教材·計算機系統原理)

計算機系統原理

重點大學計算機教材·計算機系統原理一般指本詞條

《計算機系統原理》一書,從硬體和軟體兩個方面闡述計算機系統的工作原理,內容包括:計算機系統概述、數字電路分析與設計、運算方法與運算器、指令系統與彙編語言程式設計、存儲器、控制器、輸人輸出系統、匯流排、作業系統。其中,控制器部分通過一個實例,在整合前面各章所學知識的基礎上,從整體上闡述計算機的工作原理;輸入輸出部分偏向於從微機接口與套用的角度來介紹,作業系統則從資源管理的角度進行闡述。該書可作為高等院校非計算機專業學生的教材,也適合計算機專業非硬體類學生學習。

基本介紹

  • 書名:計算機系統原理
  • 作者:劉真 周麗濤
  • ISBN:9787111247814
  • 定價:35.00 元
  • 出版社機械工業出版社
  • 出版時間:2008
  • 開本:16K
目錄,內容選讀,

目錄

前言
第1章概述
1.1計算機的發展歷史
1.1.1計算機的產生與發展
計算機系統原理
1.1.2微型計算機的出現與發展
1.1.3軟體技術的興起與發展
1.2計算機系統結構組成
1.2.1存儲程式原理
1.2.2計算機硬體組成
1.2.3計算機軟體組成
1.2.4計算機系統層次結構
1.3程式在計算機中的執行過程
1.3.1計算機執行的簡單實例
1.3.2從高級語言到機器語言
1.3.3硬體執行機器語言
1.3.4作業系統和服務程式的作用
1.4計算機性能評價
1.4.1計算機硬體技術指標
1.4.2計算機性能評價準則
1.5計算機的套用與發展
1.5.1計算機的套用
1.5.2計算機的發展
習題
第2章數字電路分析與設計
2.1布爾代數
2.1.1布爾代數及其基本運算
2.1.2布爾代數的基本公式
2.1.3布爾函式及其表示方法
2.1.4布爾函式的化簡與實現
2.2組合邏輯電路分析與設計
2.2.1組合邏輯電路的分析
2.2.2組合邏輯電路的設計
2.3同步時序邏輯電路分析與設計
2.3.1引言
2.3.2觸發器
2.3.3同步時序邏輯電路的分析
2.3.4同步時序邏輯電路的設計
習題
第3章運算方法和運算器
3.1數據表示方法
3.1.1數據格式
3.1.2數的機器碼錶示
3.1.3字元與字元串的表示方法
3.1.4可靠性編碼
3.2基本運算
3.2.1邏輯運算
3.2.2算數運算
3.2.3移位運算
3.3定點運算
3.3.1加減法運算
3.3.2定點乘法運算
3.3.3定點除法運算
3.4定點運算器的組成
3.4.1多功能算術邏輯運算單元
3.4.2內部匯流排
3,4.3定點運算器的基本結構
3.5浮點運算方法和浮點運算器
3.5.1浮點加(減)法運算
3.5.2浮點乘(除)法運算
3.5.3浮點運算器
習題
第4章指令系統與彙編語言程式設計
4.1指令系統概述
4.28088微機硬體結構簡介
4.2.18086CPU及其暫存器
4.2.28086微機系統的主存儲器與堆疊
4.2.38086CPU能直接處理的數據及其存放形式
4.3指令格式
4.3.1指令長度
4.3.2操作碼結構
4.3.3地址碼結構
4.3.48086CPU指令格式
4.4定址方式
4.4.1概述
4.4.28086彙編語言與定址方式有關的一些定義和約定
4.4.3立即(數)定址
4.4.4直接定址
4.4.5暫存器定址
4.4.6暫存器間接定址
4.4.7基址定址
4.4.8變址定址
4.4.9相對定址
4.4.10基址變址定址
4.5指令與指令類型
4.5.1傳送類指令
4.5.2算術運算類指令
4.5.3位操作類指令
4.5.4串操作類指令
4.5.5程式控制類指令
4.5.6處理器控制類指令
4.68086彙編語言
4.6.1概述
4.6.2彙編語言源程式的結構
4.6.3偽指令
4.7子程式設計
4.8系統功能調用
習題
第5章存儲器
5.1存儲器概述
5.1.1存儲器的基本概念
5.1.2存儲器的分類
5.1.3存儲器的層次結構
5.2主存儲器
5.2.1概述
5.2.2隨機存儲器
5.2.8隻讀存儲器
5.2.4半導體存儲器的連線
5.8高速快取
5.8.1高速快取的工作原理
5.3.2高速快取一主存地址映射
5.3.3高速快取的分類
5.8.4高速快取的替換策略
5.4輔助存儲器
5.4.1概述
5.4.2硬磁碟存儲器
5.4.3光碟存儲器
5.4.4快閃記憶體
習題
第6章控制器
6.1構造一個計算機
6.1.1實例計算機結構
6.1.2指令系統
6.1.3指令格式
6.1.4計算機執行過程
6.2控制器基本設計方法
6.2.1指令周期
6.2.2控制器基本組織
6.2.8微操作
6.2.4控制器設計方法
6.8微操作技術
6.3.1微操作安排
6.3.2微操作控制信號設計
6.3.3微操作組合電路實現
6.4微程式技術
6.4.1基本原理
6.4.2微程式控制器構成
6.4.3微程式控制器設計
習題
第7章輸入輸出系統
7.1輸入輸出設備
7.1.1I/0設備概述
7.1.2I/O設備的工作特點
7.2輸入輸出接口
7.2.1I/O接口的基本作用
7.2.2I/O接口的基本組成
7.2.3I/O接口的輸人輸出控制方法
7.2.4I/O接口的編址
7.3中斷方式的輸入輸出
7.3.1中斷的基本問題
7.3.2中斷控制器
7.3.8中斷系統
7.4DMA方式的輸入輸出
7.4.1DMA的基本問題
7.4.2DMA控制器
7.5使用輸入輸出接口與設備
7.5.1定時/計數器8253
7.5.2異步串列通信接口8250
7.5.8並行接口晶片8255A簡介
習題
第8章匯流排
8.1匯流排概述
8.1.1匯流排的概念
8.1.2匯流排的分類
8.2匯流排的基本問題
8.2.1匯流排的性能參數
8.2.2匯流排設備
8.2.3匯流排控制器
8.2.4匯流排連線方式
8.2.5匯流排復用
8.2.6匯流排定時
8.2.7匯流排仲裁
8.2.8匯流排數據傳送方式
8.3常用的I/O匯流排
8.3.1I/O匯流排標準
8.3.2常用的I/O匯流排簡介
習題
第9章作業系統
9.1作業系統概述
9.1.1什麼是作業系統
9.1.2作業系統的發展史
9.1.3作業系統的分類
9.1.4常見作業系統介紹
9.2作業系統的功能與結構
9.2.1作業系統的功能
9.2.2作業系統的結構
9.2.3Windows作業系統結構剖析
9.3作業系統運行機制
9.3.1中斷與異常
9.3.2核心態與用戶態
9.3.3實例程式的執行
9.4處理機管理
9.4.1進程的概念
9.4.2進程的表示
9.4.3進程的控制
9.4.4進程間通信
9.4.5進程間同步與互斥
9.4.6進程與執行緒
9.5存儲管理
9.5.1存儲管理的概念
9.5.2連續存儲管理方法
9.5.3非連續存儲管理方法
9.5.4虛擬存儲器
9.6設備管理
9.6.1設備管理的概念
9.6.2設備管理的方法
9.6.3Windows設備管理
9.7檔案管理
9.7.1檔案系統的概念
9.7.2檔案系統的組織
9.7.3檔案系統的使用
9.8作業管理
9.8.1用戶使用界面
9.8.2資源管理接口
9.9作業系統的安全
9.9.1作業系統的安全設計目標
9.9.2作業系統的安全設計原則
9.9.3Windows作業系統的安全設計
習題
附錄A彙編語言程式的上機實習指導
附錄BASCII字元編碼表
參考文獻
……

內容選讀

1.1.1計算機的產生與發展
計算機(俗稱 電腦)國際術語計算機,是20世紀最偉大的科學技術發明之一
它的發明者是約翰·阿塔那索夫教授。它是一種不需要人工直接干預,能夠快速對各種數字信息進行算術和邏輯運算的電子設備,以微處理器為核心,配上大容量的半導體存儲器及功能強大的可程式接口晶片,連上外設(包括鍵盤、顯示器、掃瞄器、印表機和軟碟機、光碟機等外部存儲器)及電源所組成的計算機,稱為微型計算機簡稱微型機或微機,有時又稱為PC(Personal Computer)或MC(Micro computer)。微機加上系統軟體,就構成了整個微型計算機系統(MSC,簡稱微機系統)。
計算機對人類的生產活動和社會活動產生了極其重要的影響,並以強大的生命力飛速發展。它的套用領域從最初的軍事科研套用擴展到社會的各個領域,已形成了規模巨大的計算機產業,帶動了全球範圍的技術進步,由此引發了深刻的社會變革。計算機已遍及學校、企事業單位,進入尋常百姓家,成為信息社會中必不可少的工具。它是人類進入資訊時代的重要標誌之一。
計算機按其規模和性能一般可分為超級計算機、工業控制計算機、網路計算機、個人計算機、嵌入式計算機五類。運算速度在每秒幾億次以上的稱為超級計算機,其生產難度大,成本高,因此它是衡量一個國家計算機技術水平的重要標誌。世界上只有幾個國家具有研製巨型計算機的能力,我國就是其中之一。個人計算機是20世紀70年代出現的一種新機型,是微處理器(MPU)為核心組之為“電腦”。當今,計算機有朝著巨型化和微型化兩個方向發展的趨勢。
發展的四個階段
1.第1代計算機:電子管數字計算機(1946—1958年)
硬體方面,邏輯元件採用真空電子管,主存儲器採用汞延遲線、陰極射線示波管靜電存儲器、磁鼓、磁芯;外存儲器採用磁帶。軟體方面採用機器語言、彙編語言。套用領域以軍事和科學計算為主。特點是體積大、功耗高、可靠性差。速度慢(一般為每秒數千次至數萬次)、價格昂貴,但為以後的計算機發展奠定了基礎。
2.第2代計算機:電晶體數字計算機(1958—1964年)
硬體方面,邏輯元件採用電晶體,主存儲器採用磁芯,外存儲器採用磁碟。軟體方面出現了以批處理為主的作業系統、高級語言及其編譯程式。套用領域以科學計算和事務處理為主,並開始進入工業控制領域。特點是體積縮小、能耗降低、可靠性提高、運算速度提高(一般為每秒數10萬次,可高達300萬次)、性能比第1代計算機有很大的提高。
3.第3代計算機:積體電路數字計算機(1964—1970年)
硬體方面,邏輯元件採用中、小規模積體電路(MSI、SSI),主存儲器仍採用磁芯。軟體方面出現了分時作業系統以及結構化、規模化程式設計方法。特點是速度更快(一般為每秒數百萬次至數千萬次),而且可靠性有了顯著提高,價格進一步下降,產品走向了通用化、系列化和標準化。套用領域開始進入文字處理和圖形圖像處理領域。
4.第4代計算機:大規模積體電路計算機(1970年至今)
硬體方面,邏輯元件採用大規模和超大規模積體電路(LSI和VLSI)。軟體方面出現了資料庫管理系統、網路管理系統和面向對象語言等。特點是1971年世界上第一台微處理器在美國矽谷誕生,開創了微型計算機的新時代。套用領域從科學計算、事務管理、過程控制逐步走向家庭。
2.3.2觸發器
觸發器(trigger)是個特殊的存儲過程,它的執行不是由程式調用,也不是手工啟動,而是由事件來觸發,比如當對一個表進行操作( insert,delete, update)時就會激活它執行。觸發器經常用於加強數據的完整性約束和業務規則等。 觸發器可以從 DBA_TRIGGERS ,USER_TRIGGERS 數據字典中查到。
觸發器可以查詢其他表,而且可以包含複雜的SQL語句。它們主要用於強制服從複雜的業務規則或要求。例如:您可以根據客戶當前的帳戶狀態,控制是否允許插入新訂單。
觸發器也可用於強制引用完整性,以便在多個表中添加、更新或刪除行時,保留在這些表之間所定義的關係。然而,強制引用完整性的最好方法是在相關表中定義主鍵和外鍵約束。如果使用資料庫關係圖,則可以在表之間創建關係以自動創建外鍵約束。
DML觸發器
當資料庫中表中的數據發生變化時,包括insert,update,delete任意操作,如果我們對該表寫了對應的DML觸發器,那么該觸發器自動執行。DML觸發器的主要作用在於強制執行業 務規則,以及擴展Sql Server約束,默認值等。因為我們知道約束只能約束同一個表中的數據,而觸發器中則可以執行任意Sql命令。
DDL觸發器
它是Sql Server2005新增的觸發器,主要用於審核與規範對資料庫中表,觸發器,視圖等結構上的操作。比如在修改表,修改列,新增表,新增列等。它在資料庫結構發生變化時執行,我們主要用它來記錄資料庫的修改過程,以及限制程式設計師對資料庫的修改,比如不允許刪除某些指定表等。
3.2.1邏輯運算
邏輯運算又稱布爾運算 布爾用數學方法研究邏輯問題,成功地建立了邏輯演算。他用等式表示判斷,把推理看作等式的變換。這種變換的有效性不依賴人們對符號的解釋,只依賴於符號的組合規律 。這一邏輯理論人們常稱它為布爾代數。20世紀30年代,邏輯代數在電路系統上獲得套用,隨後,由於電子技術與計算機的發展,出現各種複雜的大系統,它們的變換規律也遵守布爾所揭示的規律。邏輯運算 (logical operators) 通常用來測試真假值。最常見到的邏輯運算就是循環的處理,用來判斷是否該離開循環或繼續執行循環內的指令。
3.2.2算術運算
算術運算就是數的加、減、乘、除以及乘方開方等數學運算,區別於幾何運算。
而對於算術來說,它是數學中最古老,最基礎和最初等的部分.它研究數的性質及其運算.把數和數的性質,數和數之間的四則運算在套用過程中的經驗積累起來,並加以整理,就形成了最古老的一門數學——算術
3.4.2內部匯流排
將處理器的所有結構單元內部相連。它的寬度可以是8、16、32、或64位。
如在CPU內部,暫存器之間和算術邏輯部件ALU與控制部件之間傳輸數據所用的匯流排稱為片內匯流排(即晶片內部的匯流排)。
目前比較流行的幾種內部匯流排技術:
----1.I2C匯流排
----I2C(Inter-IC)匯流排10多年前由Philips公司推出,是近年來在微電子通信控制領域廣泛採用的一種新型匯流排標準。它是同步通信的一種特殊形式,具有接口線少,控制方式簡化,器件封裝形式小,通信速率較高等優點。在主從通信中,可以有多個I2C匯流排器件同時接到I2C匯流排上,通過地址來識別通信對象。
----2.SPI匯流排
----串列外圍設備接口SPI(serial peripheral interface)匯流排技術是Motorola公司推出的一種同步串列接口。Motorola公司生產的絕大多數MCU(微控制器)都配有SPI硬體接口,如68系列MCU。SPI匯流排是一種三線同步匯流排,因其硬體功能很強,所以,與SPI有關的軟體就相當簡單,使CPU有更多的時間處理其他事務。
----3.SCI匯流排
----串列通信接口SCI(serial communication interface)也是由Motorola公司推出的。它是一種通用異步通信接口UART,與MCS-51的異步通信功能基本相同。

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