本书是计算机专业研究生入学考试“计算机组成原理”课程的复习用书，内容包括计算机系统概述、数据的表示和运算、存储系统、指令系统、中央处理器、总线、输入/输出系统等。全书严格按照最新计算机考研大纲的计算机组成原理部分，对大纲所涉及的知识点进行集中梳理，力求内容精炼、重点突出、深入浅出。本书精选各名校的历年考研真题，给出详细的解题思路，力求实现讲练结合、灵活掌握、举一反三的功效。本书可作为考生参加计算机专业研究生入学考试的复习用书，也可作为计算机专业学生学习操作系统课程的辅导用书。

前 言 2011年，由王道论坛（cskaoyan.com）组织名校状元级选手，编写了“王道考研系列”的4本单科辅导书。这些辅导书不仅参考了国内外的优秀教辅，而且结合了高分选手的独特复习经验，包括对考点的讲解及对习题的选择和解析。2022年的408考研大纲是史上变化最大的，本版也相应地做了大量的修订和优化，目的是为读者提供更好的体验，以便适应命题规律的变化。同时，我们为购买正版图书的读者免费提供配套考点视频和课件，读者可凭兑换码兑换。考点视频升华了王道单科书中的考点讲解，强烈建议读者结合使用。 “王道考研系列”单科书，一共4本： ? 《2022年数据结构考研复习指导》 ? 《2022年计算机组成原理考研复习指导》 ? 《2022年操作系统考研复习指导》 ? 《2022年计算机网络考研复习指导》 在冲刺阶段，还将出版2本冲刺用书： ? 《2022年计算机专业基础综合考试最后8套模拟题》 ? 《2022年计算机专业基础综合考试历年真题解析》 深入掌握专业课的内容没有捷径，考生也不应抱有任何侥幸心理。只有扎实打好基础，踏实做题巩固，最后灵活致用，才能考研取得高分。我们希望这套书能够指导读者复习，但学习仍然得靠自己，高分不是建立在任何空中楼阁之上的。对于想继续在计算机领域深造的读者来说，认真学习和扎实掌握计算机专业的这四门基础专业课，是最基本的前提。 “王道考研系列”是计算机考研学子口碑相传的辅导书，自2011版首次推出以来，就始终占据同类书销量的榜首位置，这就是口碑的力量。有这么多学长的成功经验，相信只要读者合理地利用这套书，并且采用科学的复习方法，就一定能收获属于自己的那份回报。 从2018年起，我们就围绕这套书迭代开发了一系列计算机考研课程，赢得了众多读者的好评。这些课程包含考点精讲、习题详解、暑期直播训练营、冲刺串讲、带学督学和全程答疑服务等，并且只在“中国大学MOOC”上发售。此外，王道的课程同样是市面上领先的计算机考研课程。对于基础较为薄弱或“跨考”的读者，相信王道的课程和服务定能助你一臂之力。 “不包就业、不包推荐，培养有态度的码农。”王道训练营是王道团队打造的线下魔鬼式编程训练营。打下编程功底、增强项目经验，彻底转行入行，不再迷茫，期待有梦想的你！ 参与本书编写工作的人员主要有赵霖、罗乐、张鸿林、韩京儒、李志龙、兰钊、罗文浩。 予人玫瑰，手有余香，王道论坛伴你一路同行！ 风华漫舞

第1章 计算机系统概述 1 1.1 *计算机发展历程 1 *1.1.1 计算机硬件的发展 1 *1.1.2 计算机软件的发展 2 *1.1.3 本节习题精选 2 *1.1.4 答案与解析 2 1.2 计算机系统层次结构 3 1.2.1 计算机系统的组成 3 1.2.2 计算机硬件 3 1.2.3 计算机软件 5 1.2.4 计算机系统的层次结构 5 1.2.5 计算机系统的工作原理 6 1.2.6 本节习题精选 8 1.2.7 答案与解析 10 1.3 计算机的性能指标 13 1.3.1 计算机的主要性能指标 13 1.3.2 几个专业术语 15 1.3.3 本节习题精选 15 1.3.4 答案与解析 18 1.4 本章小结 22 1.5 常见问题和易混淆知识点 23 第2章 数据的表示和运算 25 2.1 数制与编码 25 2.1.1 进位计数制及其相互转换 25 *2.1.2 BCD码 28 2.1.3 定点数的编码表示 28 2.1.4 整数的表示 31 2.1.5 本节习题精选 31 2.1.6 答案与解析 33 2.2 运算方法和运算电路 36 2.2.1 基本运算部件 36 2.2.2 定点数的移位运算 39 2.2.3 定点数的加减运算 40 2.2.4 定点数的乘除运算 42 2.2.5 C语言中的整数类型及类型转换 46 2.2.6 数据的存储和排列 48 2.2.7 本节习题精选 49 2.2.8 答案与解析 55 2.3 浮点数的表示与运算 63 2.3.1 浮点数的表示 63 2.3.2 浮点数的加减运算 66 2.3.3 本节习题精选 67 2.3.4 答案与解析 71 2.4 本章小结 79 2.5 常见问题和易混淆知识点 79 第3章 存储系统 81 3.1 存储器概述 81 3.1.1 存储器的分类 81 3.1.2 存储器的性能指标 82 3.1.3 多级层次的存储系统 83 3.1.4 本节习题精选 84 3.1.5 答案与解析 85 3.2 主存储器 87 3.2.1 SRAM芯片和DRAM芯片 87 3.2.2 只读存储器 89 3.2.3 主存储器的基本组成 90 3.2.4 多模块存储器 91 3.2.5 本节习题精选 93 3.2.6 答案与解析 96 3.3 主存储器与CPU的连接 100 3.3.1 连接原理 100 3.3.2 主存容量的扩展 101 3.3.3 存储芯片的地址分配和片选 103 3.3.4 存储器与CPU的连接 103 3.3.5 本节习题精选 104 3.3.6 答案与解析 106 3.4 外部存储器 111 3.4.1 磁盘存储器 111 3.4.2 固态硬盘 112 3.4.3 本节习题精选 113 3.4.4 答案与解析 114 3.5 高速缓冲存储器 115 3.5.1 程序访问的局部性原理 115 3.5.2 Cache的基本工作原理 116 3.5.3 Cache和主存的映射方式 118 3.5.4 Cache中主存块的替换算法 121 3.5.5 Cache写策略 122 3.5.6 本节习题精选 123 3.5.7 答案与解析 128 3.6 虚拟存储器 136 3.6.1 虚拟存储器的基本概念 136 3.6.2 页式虚拟存储器 136 3.6.3 段式虚拟存储器 139 3.6.4 段页式虚拟存储器 140 3.6.5 虚拟存储器与Cache的比较 140 3.6.6 本节习题精选 140 3.6.7 答案与解析 145 3.7 本章小结 150 3.8 常见问题和易混淆知识点 150 第4章 指令系统 152 4.1 指令格式 152 4.1.1 指令的基本格式 152 4.1.2 定长操作码指令格式 154 4.1.3 扩展操作码指令格式 154 4.1.4 指令的操作类型 155 4.1.5 本节习题精选 155 4.1.6 答案与解析 157 4.2 指令的寻址方式 160 4.2.1 指令寻址和数据寻址 161 4.2.2 常见的数据寻址方式 161 4.2.3 本节习题精选 165 4.2.4 答案与解析 172 4.3 程序的机器级代码表示 179 4.3.1 常用汇编指令介绍 179 4.3.2 过程调用的机器级表示 184 4.3.3 选择语句的机器级表示 186 4.3.4 循环语句的机器级表示 188 4.3.5 本节习题精选 190 4.3.6 答案与解析 193 4.4 CISC和RISC的基本概念 194 4.4.1 复杂指令系统计算机（CISC） 194 4.4.2 精简指令系统计算机（RISC） 195 4.4.3 CISC和RISC的比较 195 4.4.4 本节习题精选 196 4.4.5 答案与解析 196 4.5 本章小结 197 4.6 常见问题和易混淆知识点 197 第5章 中央处理器 199 5.1 CPU的功能和基本结构 199 5.1.1 CPU的功能 199 5.1.2 CPU的基本结构 200 5.1.3 本节习题精选 201 5.1.4 答案与解析 203 5.2 指令执行过程 205 5.2.1 指令周期 205 5.2.2 指令周期的数据流 206 5.2.3 指令执行方案 208 5.2.4 本节习题精选 208 5.2.5 答案与解析 210 5.3 数据通路的功能和基本结构 212 5.3.1 数据通路的功能 212 5.3.2 数据通路的基本结构 213 5.3.3 本节习题精选 214 5.3.4 答案与解析 219 5.4 控制器的功能和工作原理 225 5.4.1 控制器的结构和功能 225 5.4.2 硬布线控制器 225 5.4.3 微程序控制器 229 5.4.4 本节习题精选 235 5.4.5 答案与解析 238 5.5 异常和中断机制 243 5.5.1 异常和中断的基本概念 243 5.5.2 异常和中断的分类 244 5.5.3 异常和中断响应过程 245 5.5.4 本节习题精选 245 5.5.5 答案与解析 246 5.6 指令流水线 247 5.6.1 指令流水线的基本概念 247 5.6.2 流水线的基本实现 249 5.6.3 流水线的冒险与处理 252 5.6.4 流水线的性能指标 253 5.6.5 高级流水线技术 253 5.6.6 本节习题精选 254 5.6.7 答案与解析 259 5.7 多处理器的基本概念 266 5.7.1 SISD、SIMD、MIMD的基本概念 266 5.7.2 硬件多线程的基本概念 267 5.7.3 多核处理器的基本概念 268 5.7.4 共享内存多处理器的基本概念 268 5.7.5 本节习题精选 269 5.7.6 答案与解析 270 5.8 本章小结 271 5.9 常见问题和易混淆知识点 272 第6章 总线 273 6.1 总线概述 273 6.1.1 总线基本概念 273 6.1.2 总线的分类 274 6.1.3 系统总线的结构 274 6.1.4 常见的总线标准 275 6.1.5 总线的性能指标 276 6.1.6 本节习题精选 276 6.1.7 答案与解析 279 6.2 总线事务和定时 284 6.2.1 总线事务 284 6.2.2 同步定时方式 284 6.2.3 异步定时方式 284 6.2.4 本节习题精选 285 6.2.5 答案与解析 286 6.3 本章小结 287 6.4 常见问题和易混淆知识点 288 第7章 输入/输出系统 289 *7.1 I/O系统基本概念 289 *7.1.1 输入/输出系统 289 *7.1.2 I/O控制方式 290 *7.1.3 外部设备 290 7.1.4 本节习题精选 291 7.1.5 答案与解析 292 7.2 I/O接口 293 7.2.1 I/O接口的功能 293 7.2.2 I/O接口的基本结构 293 7.2.3 I/O接口的类型 294 7.2.4 I/O端口及其编址 294 7.2.5 本节习题精选 295 7.2.6 答案与解析 296 7.3 I/O方式 297 7.3.1 程序查询方式 297 7.3.2 程序中断方式 298 7.3.3 DMA方式 302 7.3.4 本节习题精选 304 7.3.5 答案与解析 311 7.4 本章小结 321 7.5 常见问题和易混淆知识点 321 参考文献 323