本书分为“数字逻辑”和“计算机组成原理”两部分: 第一部分主要是逻辑代数与逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、只读存储器与可编程逻辑器件，内容约占全书1/3； 第二部分主要内容是存储器组织、运算器、指令系统、控制器设计原理、输入输出系统、并行计算机体系结构，其中，还介绍了一些新技术，如磁性随机访问存储器、超线程技术、双内核技术、集群机概念，内容约占全书2/3。

    本书可作为高等学校计算机专业的教材，也可作为信息与计算科学、软件工程、管理与信息系统、管理科学等非计算机专业的教材，还可供从事计算机专业方向的工程技术人员及各类自学人员参考。

    本书配套的电子课件可在清华大学出版社网站(www.tup.com.cn)下载。

近十年来计算机技术已经取得巨大进步，为适应计算机教育发展，各学校现在普遍开设了信息与计算科学、软件工程、管理与信息系统、管理科学等新专业，很多学校的这些非计算机专业都开设了计算机组成原理课程，但不开设数字逻辑课程（对于计算机专业，数字逻辑是计算机组成原理必须先修的课程），使得这些专业的计算机组成原理课非常难讲，许多教师不得不加一些数字逻辑知识，本教材就是为了适应这种新形式编写的，包括简明数字逻辑知识和计算机组成原理知识的二合一内容。数字逻辑知识以计算机组成原理涉及到的内容为主，不同于专门的数字逻辑教材，只是简单介绍，以够用为准。计算机组成原理的选材原则是脱离具体机型，博采众家之长，围绕基本组成结构展开。教材内容紧跟计算机技术发展的最新潮流，体现最新进展和最新研究方向，做到少而精。

本教材系统地介绍了计算机各个部分的组成结构与基本工作原理。主要内容包括： 实现设计计算机各组成部分所需的数字逻辑知识层内容——组合逻辑电路、时序逻辑电路、可编程器件，以及计算机组成原理内容——存储器体系、运算方法和运算器、指令系统、控制器、输入输出系统。此外，本教材最大特点是把当今计算机各组成部分的最新研究进展介绍给读者，例如主存储器最新研究领域是磁性内存条——磁性随机访问存储器（MRAM），专家预测它将来有可能取代半导体内存条，又如CPU的发展趋势，不再强调主频越快越好，而是采用双核CPU。本教材最后一章介绍并行计算机，并把最先进的集群机作为例子，同时把一些专家认为的第六代超级计算机拥有的特征介绍给读者，所以本教材也适合计算机专业的学生使用。

    本教材的结构分上下两个部分： 第一部分为简明数字逻辑，包括第1章计算机发展概述、第2章逻辑代数与逻辑门电路、第3章组合逻辑电路、第4章时序逻辑电路、第5章只读存储器与可编程逻辑器件； 第二部分为计算机组成原理，包括第6章存储器组织、第7章运算器、第8章指令系统、第9章控制器设计原理、第10章输入输出系统、第11章并行计算机体系结构简介。

由于教育部强调21世纪教学以创新为主，加强实验环节，减少课堂学时，增加实验学时，所以专业基础课的现有学时大多在50学时左右，比以前的70～80学时大大减少。因此本教材特别适合50学时左右的计算机组成原理课程教学。

本教材主要由王铁峰编写，沈美娥编写了第6章和第8章，王晓波编写了第7章，王欣编写了第2章和第3章，郁红英编写了第10章，臧玉洁编写了第1章。

几位编者虽然从事计算机组成原理教学工作多年，但知道自己的水平有限，计算机技术又不断发展，本教材难免有错误和不足，恳切希望同行和广大读者，特别使用本教材的教师和学生多提宝贵意见。

编者

2006年8月

第1章计算机发展概述

1.1计算机发展史

1.1.1第一代电子管计算机

1.1.2第二代晶体管计算机

1.1.3第三代集成电路计算机

1.1.4第四代超大规模集成电路计算机

1.2计算机系统的层次结构

1.3超级计算机发展史

习题

第2章逻辑代数与逻辑门电路

2 .1逻辑关系和逻辑门电路

2.1.1逻辑“与”及“与门”

2.1.2逻辑“或”及“或门” 

2.1.3逻辑“非”及“非门” 

2.1.4复合逻辑及复合门

2.2逻辑代数的基本定律

2.2.1逻辑函数的“相等”概念

2.2.2逻辑代数的基本定律

2.3逻辑函数的化简

2.3.1逻辑函数的标准与或式和最简式

2.3.2逻辑函数的公式化简法

2.3.3逻辑函数的卡诺图化简法

2.4常用TTL门电路芯片

2.4.1TTL与非门单元电路

2.4.2几种常用TTL门电路芯片

习题

第3章组合逻辑电路

3.1组合逻辑电路的分析

3.1.1分析方法

3.1.2分析举例

3.2组合逻辑电路设计

3.2.1组合逻辑电路设计方法

3.2.2组合逻辑电路设计举例

3.3中规模集成电路逻辑部件

3.3.1编码器

3.3.2译码器及其应用

3.3.3数值比较器

3.3.4数据选择器及其应用

3.3.5组合逻辑电路举例

习题

第4章时序逻辑电路

4.1触发器

4.1.1用与非门组成的基本RS触发器

4.1.2用“与非”门组成的钟控触发器

4.1.3边沿触发器

4.2寄存器和移位器

4.2.1寄存器

4.2.2移位器 

4.2.3相联存储器

4.2.4用JK触发器实现寄存器

4.3同步计数器

4.3.1计数器设计

4.3.2计数器集成芯片介绍

4.3.3N进制计数器

习题

第5章只读存储器与可编程逻辑器件

5.1只读存储器

5.1.1只读存储器的结构

5.1.2只读存储器的工作原理

5.1.3只读存储器制造技术简介

5.1.4只读存储器的应用

5.2可编程逻辑器件

5.2.1PLA可编程逻辑阵列

5.2.2PAL可编程阵列逻辑简介

5.2.3GAL通用阵列逻辑简介

5.2.4实例介绍

习题

第6章存储器组织

6.1主存储器的构成

6.1.1主存储器芯片

6.1.2主存储器容量的扩展

6.2存储系统组织

6.2.1双端口存储器与并行主存系统

6.2.2高速缓冲存储器

6.2.3替换策略及更新策略

6.2.4虚拟存储器

6.3主存储器的芯片技术

6.3.1快速页式动态存储器

6.3.2增强数据输出动态存储器

6.3.3同步动态存储器

6.3.4双速率同步动态存储器

6.3.5磁性随机访问存储器

6.4三级存储体系

6.5磁盘存储设备

6.5.1磁记录原理与记录方式

6.5.2磁盘存储设备

习题

第7章运算器

7.1数据信息的表示方法

7.1.1带符号数的表示

7.1.2补码加减法

7.1.3定点表示与浮点表示

7.1.4溢出判断

7.1.5字符的表示

7.2算术逻辑运算部件

7.2.1一位全加器

7.2.2串行进位并行加法器

7.2.3先行进位并行加法器

7.2.4补码加法器

7.2.5算术逻辑运算部件举例

7.3定点乘除法运算

7.3.1定点乘法运算

7.3.2定点除法运算

7.4浮点四则运算

7.4.1浮点加减运算

7.4.2浮点乘法运算

7.4.3浮点除法运算

7.5运算器组成

7.5.1暂存器型运算器

7.5.2多路选择器型运算器

习题

第8章指令系统

8.1指令格式

8.1.1指令格式

8.1.2指令字长

8.1.3操作码格式

8.1.4指令助记符

8.2寻址方式

8.2.1指令寻址方式

8.2.2数据寻址方式

8.3指令类型

8.4CISC和RISC

8.5Pentium Ⅱ指令格式

习题

第9章控制器设计原理

9.1基本概念

9.1.1运算器及内总线

9.1.2主存接口

9.1.3控制器

9.2机器指令的周期划分与控制信号

9.2.1指令执行分析

9.2.2指令执行周期

9.2.3控制信号

9.3指令执行流程

9.3.1运算指令执行流程

9.3.2传送指令执行流程

9.3.3控制指令执行流程

9.4微程序控制器

9.4.1微程序控制的基本概念

9.4.2微指令编码格式的设计

9.4.3微程序控制器

9.5时序系统

9.6时序控制方式

9.7模型机的主机设计

9.7.1模型机指令系统设计

9.7.2总体结构与数据通路

9.7.3时序系统与时序控制方式

9.7.4微指令格式

9.7.5通用寄存器的控制逻辑表达式

9.7.6微程序控制器

9.7.7微程序流程图

9.7.8微程序编制举例

9.7.9模型机CPU设计过程总结

9.8CPU技术简介

习题

第10章输入输出系统

10.1输入输出设备简介

10.1.1常用输入设备简介

10.1.2常用输出设备简介

10.2系统总线

10.2.1系统总线种类

10.2.2总线通信同步方式

10.2.3总线争用控制

10.2.4微机总线

10.3输入输出接口

10.3.1串行接口

10.3.2并行接口

10.3.3接口寻址

10.4输入输出控制方式

10.4.1程序直接控制方式

10.4.2程序中断控制方式

10.4.3DMA控制方式

10.4.4通道控制方式

习题

第11章并行计算机体系结构简介

11.1并行计算机结构分类

11.2SIMD并行计算机

11.2.1阵列处理机

11.2.2向量处理机

11.3MIMD并行计算机

11.3.1多处理器系统

11.3.2多计算机系统

11.3.3集群机系统

11.4第六代超级计算机概念

习题

参考文献