本书重点介绍单处理机系统的基本组成及内部运行机制。全书共分10章,包括计算机系统概述、计算机中的数据表示、运算方法和运算器、多层次的存储系统、指令系统、中央处理器、外围设备、总线技术、输入输出系统和计算机结构新技术。

本书内容经过精心组织，结构清晰、层次分明，力求概念叙述严谨、清晰，内容循序渐进、深入浅出。书中设计了大量难度不同的例题和习题，方便教学。

本书可作为高等学校“计算机组成原理”课程教材，也可作为计算机相关专业考研人员的参考用书或计算机爱好者的自学用书。

“计算机组成原理”是计算机学科类各专业学生的必修核心课，主要讨论的是计算机各大部件的基本原理、逻辑实现方法，及整机系统的连接技术，为计算机系统的分析、设计、开发及应用奠定基础。本课程在计算机教学中具有承上启下的作用，其先修课程包括电子技术基础、数字逻辑等。

“计算机组成原理”课程中涉及的基本概念较多，阐述的基本原理比较抽象，教学内容的应用目标不是十分直接，学生的直观感受较差，在计算机学科中被公认是一门既难教又难学的课程，课程教学对教材的要求比较高。

《高等学校计算机科学与技术专业核心课程教学实施方案》，鼓励教师根据学校的总体办学要求、人才培养的基本目标、具备的教学条件和学生的实际水平，在保证完成教学大纲基本要求的前提下，做出合适的选择，突出自己的特色。

作者在多年的教学过程中所接触的教材各有千秋。本教材主要针对普通本科院校的教学实际，对内容做适当精简，在表述上力求深入浅出、通俗易懂，为教师上课和学生自学提供方便。本教材在以下几个方面具有一定的特色。

(1) 根据专业认证的要求，以及《高等学校计算机科学与技术学科公共核心知识体系和课程》对本课程所列出的知识单元的要求，本书内容突出“基本”二字，主要介绍计算机硬件系统的基本原理，对重点和难点进行适当处理。

(2) 在强调计算机组成的基本概念和基本原理的基础上，对各大部件的基本组成和逻辑实现方法及互连技术的描述力求详细、恰当，注重与实际应用相结合，避免理论与实际脱节。在介绍基本概念和基本原理时，注意深入浅出、循序渐进，较多地给出示例，便于学生理解和掌握。

(3) 作为专业基础课程的教材，在讲清基本原理的基础上，再提出先进技术和新的发展方向。避免过于求新，降低学生的学习难度。

(4) 每章附有大量难度不同的习题，为读者从不同角度理解相关概念和基本原理，提供更多的训练、测试的机会。一般读者掌握基础题即可，需要考研的读者可以练习提高部分的题目。

全书共分10章。第1章是计算机系统概述，重点介绍计算机系统的基本组成和层次结构，使读者通过本章对计算机系统建立一个粗略的、完整的概念； 第2章是计算机数据处理的基础，解决各种数据在计算机中如何表示的问题； 第3~6章详细介绍了运算器、存储器、控制器的基本组成原理和逻辑实现方法； 第7章简要介绍几种常用输入输出设备的基本组成原理； 第8章和第9章介绍总线、输入输出系统等部件互连构成整机的技术； 第10章介绍计算机结构的一些新技术。

本书由郑州航空工业管理学院的李玉玲、孙新德、白首华、周鹏和郑州轻工业大学的张杰、李志刚共同编著。本书的第1、3、5章由李玉玲编写，第4、7章由孙新德编写，第8、9章由白首华编写，第2、10章由张杰编写，第6章的1~7节由李志刚编写，第6章的其余部分和附录A由周鹏编写。全书由李玉玲统稿。

在本书的编写和出版过程中，得到了编者学校和智能工程学院、清华大学出版社的大力支持，参考了大量的文献资料，在此表示诚挚的谢意。

由于编者的水平有限，加之时间仓促，书中难免有不妥之处，恳请广大读者批评指正。

编者2019年5月 

第1章计算机系统概述

1.1计算机的发展

1.1.1第一台电子计算机

1.1.2计算机的发展历程

1.1.3中国计算机的发展历程

1.1.4计算机的分类

1.1.5计算机的发展趋势

1.2计算机系统的硬件

1.2.1冯·诺依曼计算机结构

1.2.2计算机硬件组成

1.3计算机系统的软件

1.3.1计算机的系统软件

1.3.2计算机的应用软件

1.4计算机系统的多层次结构

1.4.1从计算机系统组成角度划分层次结构

1.4.2从语言功能角度划分层次结构

1.4.3硬件和软件的逻辑等价性

1.5计算机的主要性能指标

本章小结

习题1

第2章计算机中的数据表示

2.1数值型数据的表示

2.1.1真值和机器数

2.1.2定点和浮点格式

2.1.3十进制数串的表示

2.2非数值型数据的表示 

2.2.1字符和字符串

2.2.2汉字的表示

2.2.3Unicode编码

2.3其他信息的数字化

2.4校验码

2.4.1奇偶校验码

2.4.2海明校验码

2.4.3循环冗余校验码

本章小结

习题2

第3章运算方法和运算器 

3.1定点加减运算

3.1.1补码加法运算

3.1.2补码减法运算

3.1.3溢出概念及检测方法

3.1.4基本二进制加法/减法器

3.1.5十进制数的加法运算

3.2定点乘法运算

3.2.1移位和舍入操作

3.2.2原码一位乘法

3.2.3补码一位乘法运算

3.2.4阵列乘法器

3.3定点除法运算

3.3.1手工运算

3.3.2恢复余数除法

3.3.3不恢复余数除法

3.3.4阵列除法器

3.4浮点运算

3.4.1浮点加减运算

3.4.2浮点乘除运算

3.5逻辑运算

3.6运算器的基本组成与实例

3.6.1运算器的基本结构

3.6.2多功能算术逻辑运算单元实例

3.6.3浮点运算器示例

本章小结

习题3

第4章多层次的存储系统

4.1存储系统概述

4.1.1存储器分类

4.1.2存储系统层次结构

4.1.3主存的数据组织

4.1.4主存储器的主要技术指标

4.2半导体存储器

4.2.1SRAM存储器

4.2.2DRAM存储器

4.2.3只读存储器和闪速存储器

4.2.4存储器容量扩充

4.2.5半导体存储器的封装

4.3并行存储技术

4.4高速缓冲存储器

4.4.1高速缓存工作原理

4.4.2主存与Cache的地址映射

4.4.3替换算法

4.4.4Cache写策略

4.4.5微型计算机中Cache技术的实现

4.5虚拟存储器

4.5.1虚拟存储器的基本概念

4.5.2页式虚拟存储器

4.5.3段式虚拟存储器

4.5.4段页式虚拟存储器

4.5.5快表与慢表

本章小结

习题4

第5章指令系统

5.1概述

5.1.1指令系统的发展

5.1.2指令系统的性能要求

5.1.3低级语言与硬件结构的关系

5.2机器指令的设计

5.2.1指令操作

5.2.2机器指令的基本格式

5.2.3指令字长

5.2.4地址码结构

5.2.5操作码设计

5.3寻址方式

5.3.1指令的寻址方式

5.3.2数据的寻址方式

5.3.3堆栈及堆栈寻址

5.3.4相联存储方式

5.4典型指令

5.4.1数据传送类指令

5.4.2运算类指令

5.4.3程序控制类指令

5.4.4特权指令

5.4.5其他指令

5.5RISC

5.5.1RISC的产生

5.5.2RISC指令系统的特点

5.5.3RISC指令系统实例

本章小结

习题5

第6章中央处理器

6.1CPU的功能和组成

6.1.1CPU的功能

6.1.2CPU的基本组成

6.1.3CPU中的主要寄存器

6.2控制器的组织

6.2.1控制器的基本组成

6.2.2控制器的硬件实现方式

6. 3时序系统与控制方式

6.3.1指令执行的基本过程

6.3.2多级时序系统

6.3.3控制器的基本控制方式

6.4指令周期分析

6.4.1典型指令周期分析

6.4.2指令流程图

6.5硬布线控制器

6.5.1基本原理

6.5.2逻辑电路的设计

6.6微程序控制器

6.6.1基本概念

6.6.2微程序控制器基本原理

6.6.3微指令格式

6.6.4微程序流的控制 

6.6.5微程序控制器的时序控制

6.6.6微程序设计举例

6.6.7动态微程序设计

6.7流水线技术

6.7.1流水线的概念 

6.7.2流水线的分类

6.7.3流水线的时空图及性能指标

6.7.4流水线的相关问题

6.7.5流水CPU的结构

6.8RISC CPU

6.8.1RISC的优化技术

6.8.2RISC CPU实例

6.9典型处理器简介

6.9.1传统CPU

6.9.2现代CPU

本章小结

习题6

第7章外围设备

7.1外围设备概述

7.1.1外围设备概念

7.1.2外围设备分类

7.1.3外围设备的地位与作用

7.2辅助存储设备

7.2.1磁介质存储设备

7.2.2光存储设备

7.2.3半导体存储设备

7.2.4新型存储技术

7.3输入设备

7.3.1输入设备概述

7.3.2键盘

7.3.3鼠标

7.3.4图像输入

7.3.5声音输入

7.4输出设备

7.4.1输出设备概述

7.4.2打印输出设备

7.4.3显示输出设备

本章小结

习题7

第8章总线技术

8.1总线的基本概念

8.1.1总线特性

8.1.2总线性能指标

8.1.3总线内部结构

8.1.4总线标准

8.2总线的分类

8.2.1元件级总线

8.2.2系统总线

8.2.3外部总线

8.3总线的连接方式

8.3.1单总线

8.3.2多总线

8.3.3总线的层次结构

8.4总线设计要素

8.4.1总线仲裁

8.4.2总线定时

8.4.3总线数据传输模式

8.4.4总线复用

8.5典型总线

8.5.1ISA总线

8.5.2PCI总线

8.5.3AGP总线

8.5.4USB总线

本章小结

习题8

第9章输入输出系统

9.1输入输出系统概述

9.1.1输入输出系统的发展

9.1.2输入输出接口类型

9.1.3接口的基本功能

9.2CPU与接口之间的信息传送方式

9.2.1程序控制方式

9.2.2DMA方式

9.2.3通道控制方式

9.2.4外围处理机方式

9.3程序查询方式及其接口

9.3.1程序查询流程

9.3.2程序查询方式的接口电路

9.4程序中断方式及其接口

9.4.1中断的基本概念

9.4.2中断分类及作用

9.4.3中断过程

9.4.4中断判优

9.4.5中断嵌套和中断屏蔽

9.4.6程序中断接口

9.4.7中断控制器

9.5DMA方式及其接口

9.5.1DMA方式的基本概念

9.5.2DMA的传送方式

9.5.3基本DMA控制接口

9.5.4选择型和多路型DMA控制器

9.5.58237DMA控制器

9.6通道控制方式

9.6.1通道的基本概念

9.6.2通道的类型与结构

9.6.3通道的工作过程

本章小结

习题9

第10章计算机结构新技术

10.1并行技术

10.2多通道内存技术

10.3超线程技术

10.4多核技术

10.5多处理机

10.6计算机集群

本章小结

习题10

参考文献

附录A数字逻辑基础知识

贴近教学，内容丰富 、循序渐进，由浅入深、层次分明，重点突出、实例精讲，理解深刻。

贴近教学，内容丰富 、循序渐进，由浅入深、层次分明，重点突出、实例精讲，理解深刻。