标题：重点大学计算机教材·计算机系统原理
图书信息
出版社: 机械工业出版社; 第1版 (2008年8月1日)
平装: 312页
正文语种: 简体中文
开本: 16
ISBN: 7111247817, 9787111247814
条形码: 9787111247814
尺寸: 25.6 x 18.2 x 1.6 cm
重量: 481 g
内容简介
《重点大学计算机教材?计算机系统原理》从硬件和软件两个方面阐述计算机系统的工作原理，内容包括：计算机系统概述、数字电路分析与设计、运算方法与运算器、指令系统与汇编语言程序设计、存储器、控制器、输人输出系统、总线、操作系统。其中，控制器部分通过一个实例，在整合前面各章所学知识的基础上，从整体上阐述计算机的工作原理；输入输出部分偏向于从微机接口与应用的角度来介绍。操作系统则从资源管理的角度进行阐述。
《重点大学计算机教材?计算机系统原理》可作为高等院校非计算机专业学生的教材，也适合计算机专业非硬件类学生学习。
目录
前言
第1章 概述
1.1 计算机的发展历史
1.1.1 计算机的产生与发展
1.第1代计算机：电子管数字计算机（1946—1958年）
硬件方面，逻辑元件采用真空电子管，主存储器采用汞延迟线、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁芯；外存储器采用磁带。软件方面采用机器语言、汇编语言。应用领域以军事和科学计算为主。特点是体积大、功耗高、可靠性差。速度慢（一般为每秒数千次至数万次）、价格昂贵，但为以后的计算机发展奠定了基础。
2.第2代计算机：晶体管数字计算机（1958—1964年）
硬件方面，逻辑元件采用晶体管，主存储器采用磁芯，外存储器采用磁盘。软件方面出现了以批处理为主的操作系统、高级语言及其编译程序。应用领域以科学计算和事务处理为主，并开始进入工业控制领域。特点是体积缩小、能耗降低、可靠性提高、运算速度提高（一般为每秒数10万次，可高达300万次）、性能比第1代计算机有很大的提高。
3.第3代计算机：集成电路数字计算机（1964—1970年）
硬件方面，逻辑元件采用中、小规模集成电路（MSI、SSI），主存储器仍采用磁芯。软件方面出现了分时操作系统以及结构化、规模化程序设计方法。特点是速度更快（一般为每秒数百万次至数千万次），而且可靠性有了显著提高，价格进一步下降，产品走向了通用化、系列化和标准化。应用领域开始进入文字处理和图形图像处理领域。
4.第4代计算机：大规模集成电路计算机（1970年至今）
硬件方面，逻辑元件采用大规模和超大规模集成电路（LSI和VLSI）。软件方面出现了数据库管理系统、网络管理系统和面向对象语言等。特点是1971年世界上第一台微处理器在美国硅谷诞生，开创了微型计算机的新时代。应用领域从科学计算、事务管理、过程控制逐步走向家庭。
1.1.2 微型计算机的出现与发展
1.1.3 软件技术的兴起与发展
1.2 计算机系统结构组成
1.2.1 存储程序原理
1.2.2 计算机硬件组成
1.2.3 计算机软件组成
所谓软件是指为方便使用计算机和提高使用效率而组织的程序以及用于开发、使用和维护的有关文档。软件系统可分为系统软件和应用软件两大类。
1、系统软件
系统软件由一组控制计算机系统并管理其资源的程序组成，其主要功能包括：启动计算机，存储、加载和执行应用程序，对文件进行排序、检索，将程序语言翻译成机器语言等。实际上，系统软件可以看作用户与计算机的接口，它为应用软件和用户提供了控制、访问硬件的手段，这些功能主要由操作系统完成。此外，编译系统和各种工具软件也属此类，它们从另一方面辅助用户使用计算机。下面分别介绍它们的功能。 
1）操作系统（Operating System，OS） 
操作系统是管理、控制和监督计算机软、硬件资源协调运行的程序系统，由一系列具有不同控制和管理功能的程序组成，它是直接运行在计算机硬件上的、最基本的系统软件，是系统软件的核心。操作系统是计算机发展中的产物，它的主要目的有两个：一是方便用户使用计算机，是用户和计算机的接口。比如用户键入一条简单的命令就能自动完成复杂的功能，这就是操作系统帮助的结果；二是统一管理计算机系统的全部资源，合理组织计算机工作流程，以便充分、合理地发挥计算机的效率。操作系统通常应包括下列五大功能模块： 
（1）处理器管理：当多个程序同时运行时，解决处理器（CPU）时间的分配问题。 
（2）作业管理：完成某个独立任务的程序及其所需的数据组成一个作业。作业管理的任务主要是为用户提供一个使用计算机的界面使其方便地运行自己的作业，并对所有进入系统的作业进行调度和控制，尽可能高效地利用整个系统的资源。 
（3）存储器管理：为各个程序及其使用的数据分配存储空间，并保证它们互不干扰。 
（4）设备管理：根据用户提出使用设备的请求进行设备分配，同时还能随时接收设备的请求（称为中断），如要求输入信息。 
（5）文件管理：主要负责文件的存储、检索、共享和保护，为用户提供文件操作的方便。 
操作系统的种类繁多，依其功能和特性分为分批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统等；依同时管理用户数的多少分为单用户操作系统和多用户操作系统；适合管理计算机网络环境的网络操作系统。 
微机操作系统随着微机硬件技术的发展而发展，从简单到复杂。Microsoft公司开发的DOS是一单用户单任务系统，而Windows操作系统则是一多户多任务系统，经过十几年的发展，已从Windows 3.1发展Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Windows vista、Windows 7和Windows 8等等。它是当前微机中广泛使用的操作系统之一。Linux是一个源码公开的操作系统，程序员可以根据自己的兴趣和灵感对其进行改变，这让Linux吸收了无数程序员的精华，不断壮大，已被越来越多的用户所采用，是Windows操作系统强有力的竞争对手。 
2）语言处理系统（翻译程序）
人和计算机交流信息使用的语言称为计算机语言或称程序设计语言。计算机语言通常分为机器语言、汇编语言和高级语言三类。如果要在计算机上运行高级语言程序就必须配备程序语言翻译程序（下简称翻译程序）。翻译程序本身是一组程序，不同的高级语言都有相应的翻译程序。翻译的方法有两种： 
一种称为“解释”。早期的BASIC源程序的执行都采用这种方式。它调用机器配备的BASIC“解释程序”，在运行BASIC源程序时，逐条把BASIC的源程序语句进行解释和执行，它不保留目标程序代码，即不产生可执行文件。这种方式速度较慢，每次运行都要经过“解释”，边解释边执行。 
另一种称为“编译”，它调用相应语言的编译程序，把源程序变成目标程序（以.OBJ为扩展名），然后再用连接程序，把目标程序与库文件相连接形成可执行文件。尽管编译的过程复杂一些，但它形成的可执行文件（以.exe为扩展名）可以反复执行，速度较快。运行程序时只要键入可执行程序的文件名，再按Enter键即可。 
对源程序进行解释和编译任务的程序，分别叫做编译程序和解释程序。如FORTRAN、COBOL、PASCAL和C等高级语言，使用时需有相应的编译程序；BASIC、LISP等高级语言，使用时需用相应的解释程序。 
3）服务程序 
服务程序能够提供一些常用的服务性功能，它们为用户开发程序和使用计算机提供了方便，像微机上经常使用的诊断程序、调试程序、编辑程序均属此类。 
4）数据库管理系统 
数据库是指按照一定联系存储的数据集合，可为多种应用共享。数据库管理系统（Data Base Management System，DBMS）则是能够对数据库进行加工、管理的系统软件。其主要功能是建立、消除、维护数据库及对库中数据进行各种操作。数据库系统主要由数据库（DB）、数据库管理系统（DBMS）以及相应的应用程序组成。数据库系统不但能够存放大量的数据，更重要的是能迅速、自动地对数据进行检索、修改、统计、排序、合并等操作，以得到所需的信息。这一点是传统的文件柜无法做到的。 
数据库技术是计算机技术中发展最快、应用最广的一个分支。可以说，在今后的计算机应用开发中大都离不开数据库。因此，了解数据库技术尤其是微机环境下的数据库应用是非常必要的。
2、应用软件
为解决各类实际问题而设计的程序系统称为应用软件。从其服务对象的角度，又可分为通用软件和专用软件两类。
1.2.4 计算机系统层次结构
1.3 程序在计算机中的执行过程
1.3.1 计算机执行的简单实例
1.3.2 从高级语言到机器语言
1.3.3 硬件执行机器语言
1.3.4 操作系统和服务程序的作用
1.4 计算机性能评价
1.4.1 计算机硬件技术指标
1.4.2 计算机性能评价准则
1.5 计算机的应用与发展
1.5.1 计算机的应用
1.5.2 计算机的发展
习题
第2章 数字电路分析与设计
2.1 布尔代数
2.1.1 布尔代数及其基本运算
2.1.2 布尔代数的基本公式
2.1.3 布尔函数及其表示方法
2.1.4 布尔函数的化简与实现
2.2 组合逻辑电路分析与设计
2.2.1 组合逻辑电路的分析
2.2.2 组合逻辑电路的设计
2.3 同步时序逻辑电路分析与设计
2.3.1 引言
2.3.2 触发器
触发器（trigger）是个特殊的存储过程，它的执行不是由程序调用，也不是手工启动，而是由事件来触发，比如当对一个表进行操作（ insert，delete， update）时就会激活它执行。触发器经常用于加强数据的完整性约束和业务规则等。 触发器可以从 DBA_TRIGGERS ，USER_TRIGGERS 数据字典中查到。
触发器可以查询其他表，而且可以包含复杂的 SQL语句。它们主要用于强制服从复杂的业务规则或要求。例如：您可以根据客户当前的帐户状态，控制是否允许插入新订单。
触发器也可用于强制引用完整性，以便在多个表中添加、更新或删除行时，保留在这些表之间所定义的关系。然而，强制引用完整性的最好方法是在相关表中定义主键和外键约束。如果使用数据库关系图，则可以在表之间创建关系以自动创建外键约束。DML触发器当数据库中表中的数据发生变化时，包括insert,update,delete任意操作，如果我们对该表写了对应的DML触发器，那么该触发器自动执行。DML触发器的主要作用在于强制执行业 务规则，以及扩展Sql Server约束，默认值等。因为我们知道约束只能约束同一个表中的数据，而触发器中则可以执行任意Sql命令。DDL触发器它是Sql Server2005新增的触发器，主要用于审核与规范对数据库中表，触发器，视图等结构上的操作。比如在修改表，修改列，新增表，新增列等。它在数据库结构发生变化时执行，我们主要用它来记录数据库的修改过程，以及限制程序员对数据库的修改，比如不允许删除某些指定表等。
2.3.3 同步时序逻辑电路的分析
2.3.4 同步时序逻辑电路的设计
习题
第3章 运算方法和运算器
3.1 数据表示方法
3.1.1 数据格式
3.1.2 数的机器码表示
3.1.3 字符与字符串的表示方法
3.1.4 可靠性编码
3.2 基本运算
3.2.1 逻辑运算
逻辑运算又称布尔运算 布尔用数学方法研究逻辑问题，成功地建立了逻辑演算。他用等式表示判断，把推理看作等式的变换。这种变换的有效性不依赖人们对符号的解释，只依赖于符号的组合规律 。这一逻辑理论人们常称它为布尔代数。20世纪30年代，逻辑代数在电路系统上获得应用，随后，由于电子技术与计算机的发展，出现各种复杂的大系统，它们的变换规律也遵守布尔所揭示的规律。逻辑运算 (logical operators) 通常用来测试真假值。最常见到的逻辑运算就是循环的处理，用来判断是否该离开循环或继续执行循环内的指令。
3.2.2 算术运算
算术运算就是数的加、减、乘、除以及乘方开方等数学运算，区别于几何运算。
而对于算术来说，它是数学中最古老,最基础和最初等的部分.它研究数的性质及其运算.把数和数的性质,数和数之间的四则运算在应用过程中的经验积累起来,并加以整理,就形成了最古老的一门数学——算术 
3.2.3 移位运算
3.3 定点运算
3.3.1 加减法运算
3.3.2 定点乘法运算
3.3.3 定点除法运算
3.4 定点运算器的组成
3.4.1 多功能算术逻辑运算单元
3.4.2 内部总线Internal Bus 内部总线将处理器的所有结构单元内部相连。它的宽度可以是8、16、32、或64位。
如在CPU内部，寄存器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的总线称为片内总线(即芯片内部的总线)。 目前比较流行的几种内部总线技术：----1．I2C总线 
----I2C（Inter-IC）总线10多年前由Philips公司推出，是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。 
----2．SPI总线 
----串行外围设备接口SPI（serial peripheral interface）总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口。Motorola公司生产的绝大多数MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。SPI总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以，与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。 
----3．SCI总线 
----串行通信接口SCI（serial communication interface）也是由Motorola公司推出的。它是一种通用异步通信接口UART，与MCS-51的异步通信功能基本相同。
3.4.3 定点运算器的基本结构
3.5 浮点运算方法和浮点运算器
3.5.1 浮点加（减）法运算
3.5.2 浮点乘（除）法运算
3.5.3 浮点运算器
习题
第4章 指令系统与汇编语言程序设计
4.1 指令系统概述
4.2 8088微机硬件结构简介
4.2.1 8086CPU及其寄存器
4.2.2 8086微机系统的主存储器与堆栈
4.2.3 8086CPU能直接处理的数据及其存放形式
4.3 指令格式
4.3.1 指令长度
4.3.2 操作码结构
4.3.3 地址码结构
4.3.4 8086CPU指令格式
4.4 寻址方式
4.4.1 概述
4.4.2 8086汇编语言与寻址方式有关的一些定义和约定
4.4.3 立即(数)寻址
4.4.4 直接寻址
4.4.5 寄存器寻址
4.4.6 寄存器间接寻址
4.4.7 基址寻址
4.4.8 变址寻址
4.4.9 相对寻址
4.4.10 基址变址寻址
4.5 指令与指令类型
4.5.1 传送类指令
4.5.2 算术运算类指令
4.5.3 位操作类指令
4.5.4 串操作类指令
4.5.5 程序控制类指令
4.5.6 处理器控制类指令
4.6 8086汇编语言
4.6.1 概述
4.6.2 汇编语言源程序的结构
4.6.3 伪指令
4.7 子程序设计
4.8 系统功能调用
习题
第5章 存储器
5.1 存储器概述
5.1.1 存储器的基本概念
5.1.2 存储器的分类
5.1.3 存储器的层次结构
5.2 主存储器
5.2.1 概述
5.2.2 随机存储器
5.2.3 只读存储器
5.2.4 半导体存储器的连接
5.3 高速缓存
5.3.1 高速缓存的工作原理
5.3.2 高速缓存一主存地址映射
5.3.3 高速缓存的分类
5.3.4 高速缓存的替换策略
5.4 辅助存储器
5.4.1 概述
5.4.2 硬磁盘存储器
5.4.3 光盘存储器
5.4.4 闪存
习题
第6章 控制器
6.1 构造一个计算机
6.1.1 实例计算机结构
6.1.2 指令系统
6.1.3 指令格式
6.1.4 计算机执行过程
6.2 控制器基本设计方法
6.2.1 指令周期
6.2.2 控制器基本组织
6.2.3 微操作
6.2.4 控制器设计方法
6.3 微操作技术
6.3.1 微操作安排
6.3.2 微操作控制信号设计
6.3.3 微操作组合电路实现
6.4 微程序技术
6.4.1 基本原理
6.4.2 微程序控制器构成
6.4.3 微程序控制器设计
习题
第7章 输入输出系统
7.1 输入输出设备
7.1.1 I/0设备概述
7.1.2 I/O设备的工作特点
7.2 输入输出接口
7.2.1 I/O接口的基本作用
7.2.2 I/O接口的基本组成
7.2.3 I/O接口的输人输出控制方法
7.2.4 I/O接口的编址
7.3 中断方式的输入输出
7.3.1 中断的基本问题
7.3.2 中断控制器
7.3.3 中断系统
7.4 DMA方式的输入输出
7.4.1 DMA的基本问题
7.4.2 DMA控制器
7.5 使用输入输出接口与设备
7.5.1 定时/计数器8253
7.5.2 异步串行通信接口8250
7.5.3 并行接口芯片8255A简介
习题
第8章 总线
8.1 总线概述
8.1.1 总线的概念
8.1.2 总线的分类
8.2 总线的基本问题
8.2.1 总线的性能参数
8.2.2 总线设备
8.2.3 总线控制器
8.2.4 总线连接方式
8.2.5 总线复用
8.2.6 总线定时
8.2.7 总线仲裁
8.2.8 总线数据传送方式
8.3 常用的I/O总线
8.3.1 I/O总线标准
8.3.2 常用的I/O总线简介
习题
第9章 操作系统
9.1 操作系统概述
9.1.1 什么是操作系统
9.1.2 操作系统的发展史
9.1.3 操作系统的分类
9.1.4 常见操作系统介绍
9.2 操作系统的功能与结构
9.2.1 操作系统的功能
9.2.2 操作系统的结构
9.2.3 Windows操作系统结构剖析
9.3 操作系统运行机制
9.3.1 中断与异常
9.3.2 核心态与用户态
9.3.3 实例程序的执行
9.4 处理机管理
9.4.1 进程的概念
9.4.2 进程的表示
9.4.3 进程的控制
9.4.4 进程间通信
9.4.5 进程间同步与互斥
9.4.6 进程与线程
9.5 存储管理
9.5.1 存储管理的概念
9.5.2 连续存储管理方法
9.5.3 非连续存储管理方法
9.5.4 虚拟存储器
9.6 设备管理
9.6.1 设备管理的概念
9.6.2 设备管理的方法
9.6.3 Windows设备管理
9.7 文件管理
9.7.1 文件系统的概念
9.7.2 文件系统的组织
9.7.3 文件系统的使用
9.8 作业管理
9.8.1 用户使用界面
9.8.2 资源管理接口
9.9 操作系统的安全
9.9.1 操作系统的安全设计目标
9.9.2 操作系统的安全设计原则
9.9.3 Windows操作系统的安全设计
习题
附录A 汇编语言程序的上机实习指导
附录B ASCII字符编码表
参考文献