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第一部分　计算机的基本功能及其构成第1章 导论：软硬件接口1

1.1 计算机系统及网络通信的重要性1

1.2　硬件和软件的互相依赖2

1.3　硬件编程：VHDL3

1.4　人人都应了解的系统管理问题4

1.5　语音、图像和数据：技术的趋同现象5

1.6　窗口界面（WIMP）5

1.7　因特网：连接所有的网络7

1.8　使用PC：学习CSA的更多理由9

1.9　小结10

实习作业10

练习10

课外读物11

第2章 冯·诺依曼体系结构的特征13

2.1　以2为基：二进制的优点13

2.2　程序控制存储：通用机器13

2.3　指令代码：控制机器动作的指令系统14

2.4　转换：编译器和汇编器15

2.5　链接：将程序组合到一起16

2.6　解释器：执行高级命令16

2.7 代码共享和重用：不要总是从头做起17

2.8　数据编码：数值和字符18

2.9　操作系统：Unix和Windows20

2.10　客户机服务器计算：网络时代的方式22

2.11　可重配置硬件：读取－执行的另一种替代方式23

2.12　小结23

实习作业23

练习24

课外读物24

附录：以11为基的计数25

第3章 功能部件和读取－执行周期26

3.1 各部分的命名：CPU、存储器、IO单元26

3.2 CPU的读取－执行周期：高速且单调29

3.3　系统总线：同步或异步31

3.4　系统时钟：指令周期时序32

3.5　预取：前期工作以使速度得到提高34

3.6　存储器长度：寻址宽度35

3.7　字节次序：微软与Unix，以及Intel与Motorola36

3.8　简单的输入输出：并行端口38

3.9　小结38

实习作业38

练习39

课外读物39

第4章　构成计算机的逻辑电路：控制单元40

4.1 电子积木和逻辑电路：模块化器件的优点40

4.2　基本逻辑门40

4.3　真值表和多路复用器：简单但有效的设计工具42

4.4　可编程逻辑器件：可重新配置的逻辑芯片44

4.5　交通灯控制器：无法避免46

4.6　根据真值表实现电路：一些实用提示47

4.7　译码器逻辑：控制单元及存储器的根本所在48

4.8　CPU控制单元：“核心“49

4.9　洗衣机控制器：简单的CU49

4.10　RISC与CISC译码：使计算机的处理速度更快52

4.11　小结53

实习作业53

练习54

课外读物54

第5章 构成计算机的逻辑电路：算术逻辑单元55

5.1　德·摩根等价定律：逻辑互换性55

5.2　二进制加法：半加器、全加器、并行加法器55

5.3　二进制减法：2的补码的整数格式57

5.4　二进制移位：桶形移位器58

5.5　整数乘法：移位和相加60

5.6　浮点数：从极大到极小63

5.7　小结65

实习作业66

练习66

课外读物66

第6章 计算机的逻辑构成：存储器67

6.1　数据存储67

6.2　存储设备68

6.3　静态存储器69

6.4　动态存储器70

6.5　DRAM刷新71

6.6　分页访问存储器：EDO和SDRAM71

6.7　存储器映射：寻址和译码73

6.8　IO端口映射75

6.9　小结77

实习作业77

练习77

课外读物78

第7章　Intel奔腾CPU79

7.1　奔腾：高性能的微处理器79

7.2　CPU寄存器：数据和地址变量的临时存储区82

7.3　指令集：基本奔腾指令集简介85

7.4　指令的结构：CU如何理解指令86

7.5　CPU状态寄存器：十分短期的存储空间87

7.6　寻址方式：构建有效地址89

7.7　执行流水线：RISC加速技术90

7.8　奔腾4：扩展91

7.9　Microsoft Developer Studio：调试器的使用92

7.10　小结94

实习作业95

练习95

课外读物96

第8章　子例程97

8.1 子例程的目的：节省空间和精力97

8.2　返回地址：堆栈的引入98

8.3　使用子例程：HLL程序设计99

8.4　堆栈：大多数操作的基本要素100

8.5　参数传递：将子例程具体化100

8.6　堆栈框架：所有局部变量102

8.7 对HLL的支持：CPU针对子例程处理的特性104

8.8　中断服务例程：由硬件调用的子例程104

8.9　访问操作系统例程：后期绑定105

8.10　小结106

实习作业106

练习106

课外读物106

第9章　简单的输入输出107

9.1 基本IO方法：轮询、中断和DMA107

9.2　外设接口寄存器：程序员的角度108

9.3　轮询：单字符IO111

9.4　中断处理114

9.5　关键数据的保护：如何与中断通信119

9.6　缓冲IO：驱动中断设备的驱动程序122

9.7　直接内存访问：自治的硬件123

9.8　单字符IO：屏幕和键盘例程124

9.9　小结125

实习作业126

练习126

课外读物126

第10章 串行通信127

10.1 串行传输：数据、信号和时序127

10.2　数据的格式：编码技术127

10.3　时序同步：频率和相位129

10.4　数据编码和错误控制：奇偶校验、检验和、汉明码和CRC131

10.5　流量控制：硬件和软件方法137

10.6 16550 UART：RS232138

10.7　串行鼠标：机械或光学142

10.8　串行端口144

10.9　USB：通用串行总线144

10.10　调制解调器：载波调制147

10.11　小结151

实习作业152

练习152

课外读物152

第11章　并行连接153

11.1　并行接口153

11.2　Centronics：大于打印端口但小于总线153

11.3　SCSI：小型计算机系统接口155

11.4　IDE：智能驱动电路158

11.5 AT/ISA：计算机标准的成功案例158

11.6　PCI：外设部件的互连160

11.7　即插即用：自动配置162

11.8 PCMCIA：个人计算机存储卡国际联盟163

11.9小结164

实习作业165

练习165

课外读物165

第12章　存储体系166

12.1　系统的性能166

12.2　访问局部化：利用重复167

12.3　指令及数据的高速缓存：匹配内存和CPU的速度171

12.4　高速缓存映射172

12.5　虚拟内存：分段和按需页面调度174

12.6　地址公式化：时间、地点和数量178

12.7　硬盘使用：参数、访问调度和数据安排179

12.8　性能提高：块、高速缓存、碎片整理、调度、RAM磁盘181

12.9　光盘：CD-DA、CD-ROM、CD-RW和DVD182

12.10　DVD：数字通用光盘184

12.11　MPEG：视频和音频压缩185

12.12　闪存：新型软盘190

12.13　小结190

实习作业190

练习191

课外读物191

第二部分 网络通信及复杂性的增加193

第13章 程序员的观点193

13.1 不同的观点与不同的需求193

13.2　应用程序用户及办公软件包193

13.3　系统管理：软件安装和维护195

13.4 HLL程序员：Java、C＋＋和BASIC198

13.5　系统编程：汇编和C200

13.6　硬件工程师：硬件的设计和维护202

13.7　分层虚拟机：体系结构简介202

13.8　汇编器：简单的转换器203

13.9　编译器：转换及其他诸多工作204

13.10　小结205

实习作业205

练习205

课外读物206

第14章 局域网207

14.1 用户之间的纽带：电子邮件、打印机和数据库207

14.2　PC网络接口：布线和接口卡210

14.3　以太网：带冲突检测的载波侦听、多路访问213

14.4　局域网的寻址：逻辑和物理方案215

14.5　主机名：另外一个转换层217

14.6　分层和封装：TCP/IP软件堆栈217

14.7　网络文件系统：跨网络共享文件218

14.8　网络的互连：网关219

14.9　socket编程：WinSock简介220

14.10　小结222

实习作业223

练习223

课外读物224

第15章 广域网225

15.1　Internet的起源225

15.2　TCP/IP基本协议226

15.3　TCP错误处理和流量控制229

15.4　IP路由：数据包如何找到正确的路径230

15.5　DNS：分布式域名数据库234

15.6　万维网的起源236

15.7　浏览Web：Netscape Navigator236

15.8　HTTP239

15.9　搜索引擎Google241

15.10　操作系统互连：一种理想的方案243

15.11　小结245

实习作业245

练习245

课外读物246

第16章　其他网络247

16.1 PSTN：电话网络247

16.2　Cellnet：移动通信提供商251

16.3　ATM：异步传输模式257

16.4　消息传递：无线寻呼和分组无线网络260

16.5　ISDN：全数字261

16.6　DSL：数字用户线路264

16.7　有线电视：数据传输设施264

16.8　小结266

实习作业267

练习267

课外读物267

第17章　操作系统269

17.1 历史渊源：基本功能的发展269

17.2　Unix：操作系统的里程碑271

17.3　概要结构：模块化273

17.4　进程管理：初始化和调度273

17.5　调度决策：时间片划分、抢先和协作277

17.6　任务通信：管道和重定向278

17.7　排斥和同步：信号量和信号279

17.8 内存分配：malloc（）和free（）283

17.9　用户界面：GUI和外壳284

17.10　输入输出管理：设备处理程序285

17.11　小结287

实习作业287

练习287

课外读物288

第18章　Windows XP289

18.1　Windows GUI：满足用户的需求289

18.2　Win32：推荐的用户API290

18.3　进程和线程：多任务290

18.4　内存管理：虚拟内存的实现291

18.5　Windows注册表：集中化的管理数据库291

18.6　NTFS：Windows NT文件系统293

18.7　文件访问：ACL、权限和安全293

18.8　共享软件组件：OLE、DDE和COM295

18.9　Windows XP主机：Winframe终端服务器295

18.10　小结296

实习作业296

练习296

课外读物296

第19章　档案管理系统298

19.1 数据存储：文件系统和数据库298

19.2　PC文件分配表：FAT303

19.3　Unix索引节点：不同的方式305

19.4 Microsoft NTFS308

19.5　RAID：更安全的磁盘子系统309

19.6　文件安全：访问控制311

19.7　CD可移植文件系统：多个区段内容清单312

19.8　小结313

实习作业313

练习313

课外读物314

第20章 图形输出315

20.1　计算机和图形：捕获、存储、处理和重现315

20.2　PC图形接口卡：图形协处理器320

20.3　激光打印机：机电一体化323

20.4　Adobe PostScript：页面描述语言325

20.5　WIMP：重塑计算机的形象327

20.6　Win32：图形API及其他328

20.7　X窗口系统：分布式处理329

20.8　MMX技术：辅助图形计算329

20.9　小结330

实习作业330

练习331

课外读物331

第21章　RISC处理器：ARM和SPARC332

21.1 RISC的优点：更高的指令吞吐量332

21.2　流水线技术：更多的并行操作335

21.3　超标量方法：并行的并行336

21.4　寄存器存储：更多的CPU寄存器336

21.5　分支预测方法：流水线的维护338

21.6　编译器支持：RISC的重要组成部分339

21.7　ARM 32位CPU的起源339

21.8　StrongARM处理器：32位微控制器345

21.9　HP iPAQ:StrongARM PDA347

21.10　Puppeteer:StrongARM SBC348

21.11　Sun SPARC:RISC架构的标量处理器350

21.12　嵌入式系统：交叉开发技术351

21.13　小结352

实习作业352

练习352

课外读物353

第22章 VLIW处理器：EPIC安腾354

22.1　安腾64位处理器简介354

22.2　安腾汇编语言：对CPU控制更多359

22.3　运行时调试：gvd/gdb363

22.4　未来的处理器设计364

22.5　小结364

实习作业365

练习365

课外读物365

第23章　并行处理366

23.1　并行处理基础366

23.2　指令级并行：流水线化368

23.3　超标量：多执行单元368

23.4　未来的对称、共享内存并行处理368

23.5　单芯片多处理器：IBM Cell370

23.6　集群和网格：应用级并行372

23.7　小结373

实习作业374

练习374

课外读物374

附录　Microsoft Visual Studio 8 Express版375

术语表383

参考文献396