计算机组成与设计 第2版.pdf（高清PDF免费下载）

计算机组成概述1
1.1计算机系统的基本组成及其层次结构1
1.2计算机的体系结构、组成和实现6
1.3计算机系统发展进步与拓展应用的历程8
1.4课程的教学目标和学习建议11
小结11
习题与思考题12
2数字电路基础和计算机中的逻辑部件13
2.1数字电路基础13
2.1.1半导体材料和晶体二极管简介13
2.1.2双极型三极管的结构及其伏安特性15
2.1.3MOS管的结构及其伏安特性17
2.2基本逻辑门和布尔代数基础18
2.2.1最基本的逻辑门电路18
2.2.2布尔代数基础20
2.2.3一位加法器的逻辑线路设计举例25
2.3组合逻辑电路及其应用27
2.3.1基本逻辑门27
2.3.2三态门27
2.3.3数据选择器29
2.3.4译码器和编码器30
2.3.5组合逻辑电路应用举例32
2.4时序逻辑电路及其应用37
2.4.1基本RS触发器38
2.4.2D型触发器与寄存器、计数器器件39
2.4.3时序逻辑电路应用举例43
2.5现场可编程器件及其应用51
2.5.1现场可编程器件概述51
2.5.2通用可编程器件GAL20V8的内部结构及编程使用52
2.5.3MACH器件的内部结构与编程使用55
2.5.4FPGA器件及其在实现CPU功能中的应用60
2.6几个专用功能器件和存储器芯片的引脚图61
小结63
习题与思考题63
计算机组成与设计目录3数据表示、运算算法和线路实现65
3.1数字化信息编码的概念和二进制编码知识65
3.1.1数字化信息编码的概念65
3.1.2二进制编码和码制转换66
3.1.3检错纠错码73
3.2数据表示——常用的信息编码83
3.2.1逻辑类型数据的表示83
3.2.2字符类型数据的表示84
3.2.3数值类型数据的表示86
3.3二进制数值数据的编码与运算算法93
3.3.1原码、反码、补码的定义93
3.3.2补码加、减运算规则和电路实现98
3.3.3原码一位乘法、除法的实现方案100
3.3.4实现数据算术运算和逻辑运算的原理性电路组成107
3.3.5补码一位乘法、除法的实现方案107
3.3.6加速乘除法运算的有关算法介绍111
小结116
习题与思考题117
4运算器部件的组成与设计118
4.1运算器部件概述118
4.1.1运算器部件的功能和在计算机中的地位118
4.1.2定点运算器的功能、组成与运行控制120
4.1.3位片结构的运算器芯片Am2901121
4.2教学计算机运算器的设计与实现126
4.2.1用4片Am2901芯片构建16位的运算器部件126
4.2.2在4片Am2901芯片之外的线路设计129
4.3脱机的和联机的运算器实验133
4.4浮点运算与浮点运算器135
4.4.1浮点数的运算规则135
4.4.2浮点运算器举例142
4.5提高运算器部件处理能力的可行途径146
4.5.1计算机性能的演变和并行性发展概述146
4.5.2提高计算机运算器处理能力的可行途径147
小结149
习题与思考题149
5指令、指令系统和汇编语言程序设计151
5.1指令格式和指令系统概述151
5.1.1操作码的组织与编码153
5.1.2操作数类型和指令操作类型154
5.1.3操作数的个数、来源、去向和地址安排155
5.1.4指令的分类156
5.2寻址方式概述与应用实例158
5.2.1基本寻址方式概述158
5.2.2寻址方式应用举例161
5.3指令系统举例164
5.3.1教学计算机的指令系统说明164
5.3.2PentiumⅡ机的指令系统171
5.3.3UltraSPARCⅡ机的指令系统172
5.4汇编语言程序设计举例174
5.4.1汇编语言及其在教学计算机中的实现174
5.4.2教学计算机的汇编程序设计举例176
小结183
习题与思考题183
6控制器部件的组成与设计185
6.1控制器的功能、组成与指令执行步骤186
6.1.1控制器部件的功能、组成概述186
6.1.2指令的执行步骤概述187
6.1.3指令周期和其他有关术语191
6.2微程序控制器部件的组成与设计193
6.2.1微程序控制器的基本组成和工作原理193
6.2.2微程序设计中下地址形成逻辑的硬件技术194
6.2.3教学计算机微程序控制器的组成198
6.2.4设计教学计算机的微指令格式202
6.2.5设计教学计算机的微程序210
6.2.6微程序控制器教学实验220
6.3硬连线控制器部件的组成与设计220
6.3.1硬连线控制器的组成和运行原理简介221
6.3.2教学计算机硬连线控制器的组成222
6.3.3设计教学计算机的指令执行流程与节拍发生器部件223
6.3.4设计教学计算机的时序控制信号产生部件235
6.3.5硬连线控制器教学实验250
6.4提高指令执行速度的可行途径250
6.4.1指令流水的基本概念和实现思路250
6.4.2RISC计算机的指令系统和指令流水线实例252
6.4.3RISC计算机中的通用寄存器组织和编译程序简介256
6.4.4流水线的性能指标257
6.4.5指令级并行技术259
小结260
习题与思考题260
7多级结构的存储器系统262
7.1存储器系统概述263
7.1.1存储器分类264
7.1.2存储器系统的设计目标和解决思路265
7.2主存储器267
7.2.1主存储器概述267
7.2.2动态存储器芯片的存储原理和读写过程269
7.2.3静态存储器的存储原理和内部结构272
7.2.4主存储器实现与应用中的几项技术274
7.2.5TEC2000教学计算机内存储器的组成与设计276
7.3外存储设备与磁盘阵列技术281
7.3.1外存储设备概述281
7.3.2磁盘设备与磁盘阵列技术284
7.3.3光盘设备与技术292
7.4高速缓冲存储器cache300
7.4.1层次存储器系统的运行原理和必须遵从的原则300
7.4.2高速缓冲存储器cache的工作原理和组织302
7.4.3Pentium机的cache管理312
7.5虚拟存储器316
7.5.1虚拟存储器的概念316
7.5.2段式虚拟存储器318
7.5.3页式虚拟存储器318
7.5.4Pentium机的存储器管理320
7.6提高存储器系统性能的可行途径324
小结326
习题与思考题327
8输入输出设备与输入输出系统330
8.1输入输出设备331
8.1.1输入输出设备概述331
8.1.2点阵式设备运行原理综述332
8.2显示器设备的组成和运行原理334
8.2.1显示器设备概述334
8.2.2阴极射线管的组成与运行原理335
8.2.3CRT字符显示器的组成和运行原理336
8.2.4CRT图形显示器339
8.2.5计算机终端340
8.2.6液晶显示器的组成和运行原理340
8.3打印机设备的组成与运行原理341
8.3.1针式打印机的组成与打印过程342
8.3.2喷墨打印机的组成与打印过程343
8.3.3激光打印机的组成与打印过程345
8.4计算机的输入设备346
8.4.1计算机键盘的组成和运行原理346
8.4.2鼠标设备348
8.5输入输出系统概述348
8.6计算机总线349
8.6.1计算机总线概述349
8.6.2计算机总线的构成351
8.6.3总线仲裁和数据传输控制352
8.6.4教学计算机的总线系统实例354
8.7输入输出接口概述356
8.7.1输入输出接口的基本功能357
8.7.2通用可编程接口的一般组成357
8.7.3串行接口实例358
8.8常用的输入输出方式364
8.8.1常用的输入输出方式概述364
8.8.2中断的概念和中断处理过程366
8.8.3DMA的概念和DMA处理过程370
8.9提高数据输入输出能力和可靠性的可行途径372
小结373
习题与思考题373
9并行计算机体系结构376
9.1阵列处理机和向量处理机376
9.2多处理机系统379
9.3多计算机系统381
小结386
习题与思考题386
参考文献3880绪论1
0.1微波的范围1
0.2微波的优点2
0.3微波的应用2
0.4本书的结构4
0.5对读者的建议5
1电磁场概述7
1.1引言7
1.2时变电磁场方程组和媒质的本构关系7
1.3谐变电磁场方程组和媒质的本构关系9
1.4边界条件11
1.5坡印亭定理14
1.5.1时变场的坡印亭定理14
1.5.2谐变场的坡印亭定理14
1.6惟一性定理16
1.7等效源和广义电磁场方程组18
1.8对偶性19
1.9波动方程20
1.10矢量位和标量位21
1.11反作用和互易定理23
1.12等效原理和镜像定理25
1.12.1等效原理25
1.12.2镜像定理26
习题27
2传输线理论28 [2]
2.1引言28
2.2传输线波动方程和它的解28
2.2.1传输线波动方程28
2.2.2波动方程的解30
2.2.3相速和波长31
2.3阻抗与驻波32
2.3.1反射系数32
2.3.2输入阻抗与输入导纳33
2.3.3输入阻抗与输入导纳的另一种表示式34
2.3.4传输线的工作状态35
2.3.5驻波参量37
2.3.6阻抗的周期性和1/4波长倒置性38
微波工程基础目录2.4史密斯圆图39
2.4.1阻抗圆图39
2.4.2导纳圆图44
2.4.3阻抗匹配46
2.5功率衰减与噪声51
2.5.1无耗传输线上的功率关系51
2.5.2有耗传输线52
2.5.3负载的噪声功率53
2.5.4有耗传输线的噪声温度54
2.6包含信号源和负载的传输线电路57
2.6.1归一化电压与归一化电流57
2.6.2简单完整的传输线电路的形式解58
2.6.3匹配的基本概念60
2.7传输线电路中信号的时域分析61
2.7.1分布参数高速数字电路的特征参数61
2.7.2s域传输线波动方程和它的解64
2.7.3简单传输线电路负载端时域信号的形式解67
2.7.4负载端时域信号的形式解应用举例71
习题75
3导波与波导80
3.1引言80
3.2规则金属波导的一般理论81
3.2.1直接法求解81
3.2.2纵向场分量和横向场分量的关系82
3.2.3TE波、TM波和TEM波的特点84
3.2.4导波的坡印亭矢量86
3.2.5空心金属波导内不存在TEM波86
3.3矩形金属波导87
3.3.1矩形波导的通解87
3.3.2矩形波导中的力线图91
3.3.3矩形波导的色散方程与k空间93
3.3.4矩形波导中导波的相速和群速97
3.3.5矩形波导中的传输功率与储能99
3.3.6矩形波导的衰减101
3.3.7矩形波导的导体壁电流104
3.4金属圆波导105
3.4.1圆波导的通解105
3.4.2圆波导中的力线图111
3.4.3圆波导的色散方程113
3.5同轴线与平行双线113
3.5.1同轴线中的TEM波113
3.5.2同轴线中的TE波和TM波116
3.5.3同轴线TEM波的等效电路118
3.5.4平行双线120
3.6传输线理论的推广122
3.6.1TE波和TM波的传输线理论122
3.6.2多导体传输线电报方程126
3.7带线和微带线128
3.7.1带线128
3.7.2微带线130
3.7.3均匀介质填充的耦合传输线的奇偶模135
3.7.4耦合带线138
3.7.5耦合微带线139
3.8介质波导143
3.8.1相位匹配143
3.8.2对称薄膜介质波导145
3.9光纤简介150
3.10激励耦合151
3.10.1源对场的激励准则152
3.10.2激励耦合举例153
习题156
4微波网络159
4.1引言159
4.2微波网络的几个定理160
4.2.1微波网络的坡印亭定理160
4.2.2微波网络的互易定理161
4.2.3微波网络的电抗定理162
4.3阻抗矩阵和导纳矩阵164
4.3.1非归一化阻抗矩阵和导纳矩阵164
4.3.2归一化阻抗矩阵和导纳矩阵165
4.3.3阻抗矩阵和导纳矩阵的性质167
4.4散射矩阵169
4.4.1散射矩阵和散射参量的意义169
4.4.2散射矩阵的性质169
4.4.3参考面移动后的散射矩阵171
4.4.4散射矩阵与阻抗导纳矩阵的关系172
4.5二端口网络173
4.5.1二端口网络的各种矩阵173
4.5.2二端口网络的散射矩阵177
4.5.3二端口等效单元电路179
4.5.4对称二端口网络的本征值和本征矢185
4.6网络的连接188
4.6.1网络的串联188
4.6.2网络的并联189
4.6.3网络的串并联190
4.6.4网络的并串联190
4.6.5网络的级联192
4.7微波信号通过微波电路的分析方法193
4.7.1含n端口网络电路的形式解193
4.7.2微波电路的等效电源波定理195
4.7.3微波电路的信流图199
4.7.4微波信号通过二端口网络202
习题206
附录式（4725）、式（4726）和式（4729）的推导208
5无源微波电路211
5.1引言211
5.2匹配负载212
5.3波导接头和同轴接头213
5.4短路器213
5.5衰减器215
5.5.1吸收式矩形波导衰减器215
5.5.2截止式衰减器216
5.5.3旋转极化式衰减器217
5.6模式抑制器218
5.7波导T形分支219
5.7.1E-T和H-T分支219
5.7.2无耗互易三端口网络的性质221
5.8微带线功分器与合成器223
5.9魔T225
5.9.1从波导双T到魔T225
5.9.2魔T的应用227
5.10定向耦合器的机理、技术指标和分析方法231
5.10.1定向耦合器的简单机理231
5.10.2定向耦合器的技术指标233
5.10.3对称理想定向耦合器的散射矩阵233
5.10.4应用奇偶模理论分析定向耦合器234
5.11微带线定向耦合器239
5.11.1微带耦合线定向耦合器239
5.11.2微带分支线定向耦合器241
5.11.3变阻的微带分支线定向耦合器244
5.11.4微带环形定向耦合器248
5.12圆极化器251
5.13旋转对称五端口结253
5.14六端口结及其应用255
5.15铁氧体器件257
5.15.1铁氧体的张量导磁率257
5.15.2铁氧体的标量导磁率258
5.15.3矩形波导场移式隔离器259
5.15.4矩形波导谐振式隔离器261
5.15.5对称Y形环行器262
5.16谐振腔264
5.16.1谐振腔的基本参数264
5.16.2矩形腔266
5.16.3圆柱腔269
5.16.4同轴腔271
5.16.5微带谐振腔273
5.16.6介质谐振腔274
5.16.7谐振腔的激励耦合286
5.16.8腔体微扰与谐振频率的变化288
5.17微波滤波器291
5.17.1微波滤波器的工作特性292
5.17.2低通原型滤波器295
5.17.3频率变换301
5.17.4电感与电容的微波实现307
5.17.5微波低通滤波器313
5.17.6倒置变换器318
5.17.7变形低通原型320
5.17.8微波带通滤波器321
5.17.9微波带阻滤波器330
习题333
6有源微波电路336
6.1引言336
6.2微波晶体管放大器336
6.2.1微波晶体管337
6.2.2微波晶体管放大器的增益347
6.2.3微波晶体管放大器的稳定性348
6.2.4微波晶体管放大器的噪声系数353
6.2.5微波低噪声放大器设计356
6.2.6微波功率放大器358
6.3微波混频器360
6.3.1肖特基势垒二极管360
6.3.2非线性电导混频的机理363
6.3.3混频器电路365
6.3.4混频器的噪声系数369 [2]
6.3.5接收机噪声系数371
6.4微波振荡器373
6.4.1微波振荡器的种类与特性373
6.4.2微波晶体管振荡器374
6.4.3雪崩二极管振荡器377
6.4.4体效应二极管振荡器381
习题384
7天线386
7.1引言386
7.2辐射场387
7.2.1电流源和磁流源的矢量位387
7.2.2电偶极子辐射场390
7.3天线的基本参数（一）392
7.3.1辐射方向图392
7.3.2天线立体角395
7.3.3方向性396
7.3.4增益397
7.3.5天线的极化398
7.3.6天线的输入阻抗400
7.4天线的基本参数（二）401
7.4.1天线的互易性401
7.4.2极化损失因子402
7.4.3天线有效面积404
7.4.4天线有效面积与天线方向性的关系405
7.4.5天线的噪声温度406
7.5振子天线410
7.5.1对称振子410
7.5.2折叠振子412
7.5.3对称转换器413
7.6阵列天线415
7.6.1二元阵415
7.6.2N元线阵417
7.6.3自阻抗与互阻抗418
7.7口面天线419
7.7.1口面天线辐射场的计算方法419
7.7.2口面天线辐射场计算举例421
7.8抛物面天线425
7.8.1旋转抛物面天线426
7.8.2卡塞格伦天线428
习题430
8电波传播432
8.1引言432
8.2地球及其近地空间432
8.3电波传播的各种方式434
8.4自由空间传输损失436
8.5对流层对微波传播的影响437
8.5.1对流层的参数和标准大气437
8.5.2对流层对微波的折射438
8.5.3大气对微波的衰减441
8.5.4降水的退极化效应442
8.6电波传播的菲涅耳区443
8.6.1惠更斯\|菲涅耳原理443
8.6.2自由空间的菲涅耳区446
8.7地面对微波传播的影响448
8.7.1视线距离448
8.7.2平地面的菲涅耳区449
8.7.3地面的反射和散射449
8.7.4考虑地面影响的路径损失449
8.8电离层中的电波传播450
目录ⅩⅦ
9微波工程系统453
9.1引言453
9.2卫星通信的微波子系统453
9.2.1卫星通信微波子系统框图453
9.2.2卫星通信线路增益损耗图454
9.2.3卫星通信信噪比458
9.2.4卫星天线459
9.2.5地球站天线系统460
习题461
附录462
附录Ⅰ物理常数462
附录Ⅱ矢量微分算子462
Ⅱ.1直角坐标462
Ⅱ.2圆柱坐标463
Ⅱ.3球坐标463
附录Ⅲ矢量恒等式463
Ⅲ.1加法和乘法463
Ⅲ.2微分464
Ⅲ.3积分464
附录Ⅳ常用同轴射频电缆465
附录Ⅴ矩形与扁矩形波导465
附录Ⅵ半导体材料466
Ⅵ.1能带论和晶体466
Ⅵ.2费米能级470
Ⅵ.3本征半导体和掺杂半导体471
Ⅵ.4漂移电流473