計算機硬件技術基礎（簡體書）

計算機硬件技術基礎課程是面向大學本科各專業學生的選修課程教材。《21世紀高等學校計算機基礎實用規劃教材：計算機硬件技術基礎》共10章，內容包括計算機概述、數字與邏輯電路基礎、計算機硬件組成及工作原理、微處理器、內部存儲器、總線、芯片組及主機板、接口與通信設備、外部存儲器、音頻與視頻設備、常規外部設備等。
本書可作為大學本科專業計算機基礎教學課程的教材，也可作為學習計算機硬件專業知識的參考書。·

章毓晉，1989年獲比利時列日大學應用科學博士學位。1989年至1993年為荷蘭德爾夫特大學博士後及研究人員。從1993年到中國北京清華大學工作，1997年被聘為教授，1998年被評為博士生導師。2003年學術休假期間同時被聘為新加坡南洋理工大學訪問教授。
在清華大學，先後開出並講授10多門本科生和研究生課程。在南洋理工大學，開出並講授過研究生課程：“現代圖像分析（英語）”。已編寫出版了圖像工程系列教材第1版和第2版，以及《圖像處理和分析基礎》，《圖像處理和分析技術》（第2版），《圖像處理和分析教程》、《計算機視覺教程》和《Image Engineering：Processing，Analysis，and Understanding》，翻譯出版了《彩色數字圖像處理》。已在國內外發表了30多篇教學研究論文。
主要科學研究領域為其積極倡導的圖像工程（圖像處理、圖像分析、圖像理解及其技術應用）和相關學科。從1996年起已連續十六年對中國圖像工程的研究及主要文獻進行了系統的年度分類總結綜述。已在國內外發表400多篇圖像工程研究論文，出版了專著《圖像分割》，《基於內容的視覺信息檢索》，《基於子空間的人臉識別》，編著了《英漢圖像工程辭典》，主持編著了《Advances in Image and Video Segmentation》，《Semantic-Based Visual lnformation Retrieval》，《Advances in Face Image Analysis：Techniques and Technologies》。
現為中國圖像圖形學學會學術委員會主任；國際電氣電子工程師協會（IEEE）高級會員；國際光學工程協會（SPIE）會士（因在圖像工程方面的成就）；《中國圖像圖形學報》副主編，《電子與信息學報》，《計算機輔助設計與圖形學學報》，《信號處理》和《自動化學報》編委；以及國際刊物“Pattern Recognition Letters”的associate editor。曾任第一屆、第二屆、第四屆、第五屆和第六屆國際圖像圖形學術會議（ICIG'2000.ICIG'2002，ICIG'2007.ICIG'2009.ICIG'2011）程序委員會主席，第十二屆、第十三屆、第十四屆、第十五屆和第十六屆全國圖像圖形學術會議（NCIG'2005，NCIG'2006，NCIG'2008，NCIG'2010，NCIG'2012）程序委員會主席。·

《21世紀高等學校計算機基礎實用規劃教材:計算機硬件技術基礎》可作為大學本科專業計算機基礎教學課程的教材，也可作為學習計算機硬件專業知識的參考書。

第1章 計算機概述
1.1 計算機發展史
1.1.1 從電子器件的發展看計算機的發展史
1.1.2 計算機的發展史
1.1.3 計算機發展過程中的重要里程碑
1.2 現代計算機的特點及其類型
1.2.1 計算機的特點
1.2.2 計算機的分類
1.3 計算機的性能與發展趨勢
1.3.1 計算機的速度與容量
1.3.2 計算機的發展趨勢
1.4 計算機的發展與應用
習題1

第2章 數字與邏輯電路基礎
2.1 二進制數與信息表示
2.1.1 為什麼要使用二進制
2.1.2 信息在計算機內的表示
2.1.3 數值型數據
2.1.4 非數值型數據
2.1.5 數據格式
2.1.6 原碼、補碼和反碼表示
2.1.7 二進制加減運算
2.2 邏輯代數
2.2.1 基本邏輯
2.2.2 真值表
2.3 邏輯電路
2.3.1 邏輯電路中的0和1
2.3.2 邏輯元件
2.3.3 邏輯“門”電路
2.3.4 組合邏輯電路
2.3.5 時序邏輯電路
習題2

第3章 計算機硬件組成及工作原理
3.1 計算機的硬件組成
3.1.1 計算機的主要部件
3.1.2 計算機的總線結構
3.1.3 典型的微型計算機組成
3.2 中央處理器的組成與基本工作原理
3.2.1 中央處理器的功能
3.2.2 CPU的基本組成
3.2.3 指令及指令周期
3.2.4 CPU的工作過程
3.3 指令系統
3.3.1 指令系統簡介
3.3.2 指令的尋址方式
3.3.3 80x86指令系統舉例
3.3.4 指令系統的發展
3.4 匯編語言
3.4.1 匯編語言程序
3.4.2 利用Debug編寫簡單的匯編語言程序
習題3

第4章 微處理器
4.1 微處理器簡介
4.2 微處理器的基本技術參數
4.2.1 字長
4.2.2 時鐘頻率
4.2.3 處理器內核數
4.2.4 高速緩沖存儲器
4.2.5 指令集
4.2.6 工作電壓
4.2.7 地址總線寬度、數據總線寬度
4.2.8 製造工藝和工藝材料
4.3 提高微處理器性能的主要技術
4.3.1 流水線與超標量
4.3.2 高速緩沖存儲器
4.3.3 擴展指令集
……
第5章 內部存儲器
第6章 總線、芯片組及主機板
第7章 接口與通信設備
第8章 外部存儲器
第9章 音頻與視頻設備
第10章 常規外部設備·

2.控制器
控制器是全機的控制中心，它控制著計算機從內存中按順序取出程序中的各條指令，根據指令的功能向各相關部件發出控制命令，以期完成指令中規定的任務，這一切都是在嚴格的時序中高速準確地進行的。控制器主要由以下幾部分組成。
（1）程序計數器(Programming Counter,PC)
程序計數器又稱為指令計數器，用來存放指令的地址，以便準確地指出后繼指令的存儲單元地址。
通常程序是順序執行的，程序的指令序列在內存中一般也是按連續的地址存放的。在開始運行程序之前，總是將第一條指令的地址放人PC。當第一條指令被取出執行，控制器就使PC的內容自動增量（加1），指明下一條要執行的指令所存放的存儲單元地址，以控制指令的順序執行。
在遇到需要改變程序執行順序的情況時，一般由轉移類指令將轉移目標地址送往程序計數器，即可實現程序的轉移。
（2）指令寄存器(Instruction Register,IR)
指令寄存器用來存放從內存中取出的待執行的指令。當指令從內存中取出寄存在指令寄存器之后，在指令執行的過程中，指令寄存器的內容不允許發生變化，以保證實現指令的全部功能。
寄存在指令寄存器中的指令包含操作碼和地址碼兩部分，前者用來指明指令的操作內容，后者用來指示參與操作的數所存放的存儲單元地址。
指令中的操作碼部分先送到指令譯碼器，譯碼后再送往微操作信號發生器，按時序部件的定時要求，產生執行此指令所需要的一組微操作命令，通過控制總線發送到各相關部件。指令碼中的地址碼部分送到地址形成部件，產生實際地址并通過地址總線送到內存，以便從內存中取出相應的操作數。
（3）指令譯碼器(Instruction Decoder,ID)
指令譯碼器又稱為操作碼譯碼器或指令功能分析解釋器。ID的輸入是指令寄存器中的操作碼部分，寄存在指令寄存器中的指令只有在其操作碼部分經譯碼后才能識別出是一條什么樣的指令。指令經過分析解釋，產生相應的控制信號提供給微操作信號發生器。
（4）地址形成部件
指令碼中的地址碼部分所給出的一般不是真正可用的實際物理地址，必須經過地址形成部件才能產生指令所需操作數在內存的真正地址。
（5）微操作信號發生器
每條指令的執行都可以分解成一系列微操作控制信號。微操作信號發生器的功能是根據指令譯碼器的輸出和時序部件提供的定時信號，確定完成該指令所需要的步驟以及完成每一步驟所需要的控制信號組合。