了得網研究生_計算機組成與操作繫統

內容簡介

本書是哈爾濱工業大學***優秀教學團隊的建設成果，內容包括14章：計算機繫統引論、計算機中信息的表示與運算、處理器、控制器、總線技術、存儲繫統、8086/8088彙編語言程序設計、計算機的外部設備、I/O接口、操作繫統概述、I/O管理、文件管理、進程管理與處理器進度、內存管理與虛擬存儲器。圖靈機模型、數制及其轉換、相聯存儲器等內容以附錄形式給出，本書涵蓋了計算機組成、操作繫統與彙編程序設計的主要內容。

前言
第1章計算機繫統引論1
1.1 計算機繫統概論1
1.1.1 計算機繫統中的硬件和軟件1
1.1.2 馮.諾依曼計算機模型3
1.1.3 計算機硬件的基本組成5
1.1.4 計算機的體繫結構、組成與實現6
1.1.5 操作繫統與計算機繫統的層次結構9
1.2 計算機的發展歷程12
1.3 計算機繫統的分類17
1.3.1 概述 17
1.3.2 弗林分類法18
1.4 計算機的性能評價指標19
1.5 微處理器與微型計算機25前言

第1章計算機繫統引論1

1.1 計算機繫統概論1

1.1.1 計算機繫統中的硬件和軟件1

1.1.2 馮.諾依曼計算機模型3

1.1.3 計算機硬件的基本組成5

1.1.4 計算機的體繫結構、組成與實現6

1.1.5 操作繫統與計算機繫統的層次結構9

1.2 計算機的發展歷程12

1.3 計算機繫統的分類17

1.3.1 概述 17

1.3.2 弗林分類法18

1.4 計算機的性能評價指標19

1.5 微處理器與微型計算機25

1.5.1 微處理器與微型計算機的產生與發展25

1.5.2 多核處理器28

1.6 中國計算機事業的發展歷程30

1.7 計算機的應用及發展趨勢32

1.7.1 計算機的應用32

1.7.2 計算機發展的動力36

1.7.3 計算機的發展趨勢37

第2章計算機中信息的表示與運算40

2.1 數據的表示40

2.1.1 定點數的表示40

2.1.2 浮點數的表示44

2.2 定點數的運算50

2.2.1 邏輯運算50

2.2.2 移位運算51

2.2.3 加法與減法運算53

2.2.4乘法運算57

2.2.5除法運算63

2.2.6算術67

2.3浮點數的運算71

2.3.1浮點數加、減運算71

2.3.2浮點數乘、除運算74

2.4面向錯誤檢測與糾錯的數據編碼74

2.5字符與字符串79

2.6面向存儲與傳輸的數據編碼83

第3章處理器87

3.1處理器的指令集87

3.1.1概述87

3.1.2指令的操作碼與操作數88

3.1.3 尋址方式89

3.1.4指令的基本功能與指令集設計93

3.1.5指令的格式98

3.1.6面向多媒體處理的增強指令101

3.2處理器的組成與工作過程103

3.2.1處理器的基本功能和基本組成103

3.2.2 計算機的工作過程107

3.2.3采用流水線技術的處理器108

3.3從CISC到RISC114

3.3.1RISC產生的背景114

3.3.2RISC的定義116

3.3.3 指令級並行技術117

3.4Intel 80x86繫列微處理器125

3.4.1Intel 8086/8088 微處理器125

3.4.2Intel 80286、80386和80486

微處理器133

3.4.3 Intel Pentium繫列微處理器136

3.5ARM繫列微處理器139

3.5.1 概述 139

3.5.2ARM微處理器的模式、工作

狀態和寄存器組織140

3.5.3ARM微處理器的存儲器組織

和尋址方式143

3.5.4ARM微處理器的指令集146

第4章控制器153

4.1概述153

4.2硬布線控制器158

4.3微程序控制器161

第5章總線技術167

5.1 概述 167

5.2 總線的設計與實現170

5.3總線控制173

5.3.1總線仲裁173

5.3.2總線通信控制177

5.4 總線的性能指標180

5.5 總線標準183

5.5.1微型計算機的繫統總線標準183

5.5.2 微型計算機的局部總線標準186

5.5.3 I/O總線標準舉例187

第6章存儲繫統190

6.1 存儲器的分類與性能評價190

6.1.1 存儲器的分類190

6.1.2 存儲器的性能評價190

6.2 存儲器訪問的局部性原理與層次

結構的存儲繫統191

6.2.1 存儲器訪問的局部性原理191

6.2.2 層次結構的存儲繫統191

6.3 半導體存儲器193

6.3.1 隨機訪問半導體存儲器193

6.3.2 隻讀存儲器200

6.4 主存儲器203

6.4.1 主存儲器的組成203

6.4.2 提高主存儲器訪問帶寬的方法206

6.4.3Pentium微處理器的主存儲器

組成209

6.4.4存儲芯片的發展210

6.5 高速緩衝存儲器213

6.5.1 Cache的工作原理213

6.5.2地址映像與變換216

6.5.3 替換算法221

6.5.4 寫入策略223

6.5.5 兩級Cache與分裂型Cache224

6.5.6 Cache的性能評價224

第7章 8086/8088彙編語言程序設計228

7.1 引言228

7.1.1彙編語言的基本概念與學習

彙編語言的重要性228

7.1.28086/8088彙編語言的

基本語法229

7.2 順序程序設計233

7.2.1概述233

7.2.2尋址方式的表示234

7.2.3表達式的使用236

7.2.4 屬性取代符238

7.2.5 屬性分離符/數值回送操作符239

7.2.6運算符的優先級241

7.2.7 乘除法運算的實現241

7.2.8 算術移位和邏輯移位243

7.3 分支結構程序設計244

7.4循環結構程序設計247

7.5 字符串操作程序設計254

7.6宏、條件彙編與重復彙編257

7.7 子程序設計263

7.8 8086/8088微處理器的其他指令

與應用270

第8章計算機的外部設備274

8.1 輸入設備274

8.1.1 鍵盤274

8.1.2 鼠標276

8.2 輸出設備277

8.2.1 陰極射線管顯示器277

8.2.2 平板顯示器282

8.2.3 打印機283

8.3 輔存設備285

8.3.1 硬盤285

8.3.2 光盤288

8.3.3 U盤和固態硬盤289

第9章 I/O接口291

9.1 I/O技術的發展291

9.2 I/O接口的組成與工作原理293

9.3 中斷繫統297

9.3.1 中斷的處理過程297

9.3.2中斷屏蔽300

9.3.3 中斷控制器8259A302

9.3.4 8086/8088微處理器的中斷

繫統304

9.4 DMA技術306

9.5 通道技術309

第10章操作繫統概述311

10.1 操作繫統的概念、特征、功能和

提供的服務311

10.1.1 操作繫統的概念311

10.1.2 操作繫統的特征312

10.1.3 操作繫統的功能313

10.1.4 操作繫統提供的服務313

10.2 操作繫統的發展與分類314

10.2.1 操作繫統的發展314

10.2.2 操作繫統的分類317

10.3 操作繫統的運行環境318

10.3.1 內核態與用戶態318

10.3.2 中斷與異常318

10.3.3 繫統調用318

10.3.4 操作繫統的啟動過程319

10.4 現代操作繫統的新發展320

第11章 I/O管理321

11.1 概述321

11.2 I/O核心子繫統324

11.2.1 I/O調度324

11.2.2 高速緩存與緩衝區325

11.2.3 設備分配與回收325

11.2.4 假脫機技術326

11.2.5 I/O出錯處理327

第12章文件管理328

12.1 文件繫統基礎328

12.1.1 文件概念328

12.1.2 文件的邏輯結構329

12.1.3 目錄結構330

12.1.4 文件共享332

12.1.5 文件的訪問控制333

12.2 文件繫統的實現335

12.2.1 文件繫統的層次結構335

12.2.2 目錄的實現336

12.2.3 文件的實現336

12.3 磁盤組織與管理340

12.3.1 磁盤的組織340

12.3.2 磁盤調度算法341

12.3.3 磁盤中物理塊的優化分布342

12.3.4 磁盤的錯誤處理343

第13章進程管理與處理器調度345

13.1 進程的狀態與轉換345

13.2 進程的組織與控制347

13.2.1 進程組織347

13.2.2 進程控制348

13.3 進程的同步與互斥351

13.4 進程間通信362

13.5 死鎖及其處理363

13.6 處理器調度366

13.7 線程的概念與多線程模型370

第14章內存管理與虛擬存儲器373

14.1 內存管理基礎373

14.2 連續分配的內存管理375

14.3 非連續分配的內存管理378

14.3.1 段式存儲管理378

14.3.2 頁式存儲管理379

14.3.3 段頁式存儲管理381

14.4 虛擬存儲器382

14.5 頁面替換與頁面分配386

14.5.1 頁面替換386

14.5.2 頁面分配387

14.6 Cache與虛擬存儲器的協同390

附錄394

附錄A 圖靈機模型394

附錄B 圖靈獎歷年獲得者394

附錄C 數制及其轉換397

附錄D EBCDIC碼400

附錄E 8086/8088指令格式401

附錄F 相聯存儲器402

參考文獻404

前言

目前計算機的發展已經進入“後PC”時代，移動互聯網、物聯網、智能手機的快速發展，不僅改變了計算機的形態，而且提高了對計算機相關專業學生的知識結構和能力水平的要求。培養計算機相關專業學生對計算機繫統的全面認知與設計開發能力已經成為國際計算機教育領域的普遍共識。
通過本書的學習，讀者不僅可以了解計算機硬件以及核心軟件操作繫統的工作原理和協同技術，而且可以掌握彙編語言程序設計的基本方法，對計算機繫統有全面的認知，初步具備計算機繫統的設計開發能力和解決問題的能力，建立起計算思維和創新意識。
本書內容新穎、全面，實用性強。它的特點是：
①內容全面，深度適宜，與技術發展保持同步。
本書涵蓋了計算機組成原理、操作繫統和彙編語言程序設計三門課程的全部內容，介紹了Unicode字符集、多核處理器和鐵電存儲器等前沿技術。事實上，本書還覆蓋了截至2014年10月的計算機技術的**成果。
②通過全面認識計算機繫統，培養學生的計算思維和創新意識，提高他們解決問題的能力。目前計算機的發展已經進入“後PC”時代，移動互聯網、物聯網、智能手機的快速發展，不僅改變了計算機的形態，而且提高了對計算機相關專業學生的知識結構和能力水平的要求。培養計算機相關專業學生對計算機繫統的全面認知與設計開發能力已經成為國際計算機教育領域的普遍共識。

通過本書的學習，讀者不僅可以了解計算機硬件以及核心軟件操作繫統的工作原理和協同技術，而且可以掌握彙編語言程序設計的基本方法，對計算機繫統有全面的認知，初步具備計算機繫統的設計開發能力和解決問題的能力，建立起計算思維和創新意識。

本書內容新穎、全面，實用性強。它的特點是：

①內容全面，深度適宜，與技術發展保持同步。

本書涵蓋了計算機組成原理、操作繫統和彙編語言程序設計三門課程的全部內容，介紹了Unicode字符集、多核處理器和鐵電存儲器等前沿技術。事實上，本書還覆蓋了截至2014年10月的計算機技術的**成果。

②通過全面認識計算機繫統，培養學生的計算思維和創新意識，提高他們解決問題的能力。

本書對計算機的基本硬件與核心軟件進行了深入的論述，使學生全面認識計算機繫統，領會到計算思維的核心就是抽像和自動化以及計算思維就在我們身邊，幫助學生打破計算機的神秘感，培養學生的計算思維和創新意識，提高他們解決問題的能力。

③例題和習題豐富、形式多樣、實用性強。

本書的例題涵蓋了2009～2014年的計算機專業碩士研究生入學全國統一考試的試題。讀者不僅可以從本書得到對這些試題的詳盡解答，而且可以根據不同章節試題類例題的多少了解考試的重點和難點。每一章都配有豐富的習題，題型有簡答題、填空題、選擇題、設計題，甚至提供了學習型習題。讀者可以通過閱讀習題掌握新的知識，並應用這些知識獨立解決問題。

本書既可作為計算機科學與技術、軟件工程、物聯網工程、信息安全、信息管理與信息繫統、信息與計算科學、生物信息技術等專業的“計算機組成原理”“操作繫統”“計算機繫統”“微機原理”“計算機組成與操作繫統”課程的教材，也可供準備參加計算機專業碩士研究生入學全國統一考試的考生、計算機行業的工程技術人員以及其他自學者學習參考。

本書由哈爾濱工業大學的李東教授、陳源龍博士以及哈爾濱工業大學（威海分校）的朱東傑博士共同編寫。其中，第1～6章由李東編寫，第7～9章由陳源龍編寫，第10～14章由朱東傑編寫，且李東教授負責全書統稿。哈爾濱工業大學計算機學院的史先俊、舒燕君、徐冰、黃慶成、劉松波、王偉、吳銳、張宇、孫春奇、程丹松、張英濤，以及哈爾濱工業大學（威海分校）計算機學院的柏軍、張策、何輝、石代鋒參與了書中例題和習題的編撰工作。吉帥、聶建宏、王文邦、鄭鈺、範晟銘、潘輝等協助完成書稿的校對工作。

機械工業出版社華章分社的朱劼編輯也為本書的出版提供了大量的幫助，並提出指導性建議，謹此表示衷心的感謝。

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