本书对单处理机计算机系统的组成和工作原理做了比较全面的阐述。全书共分8章，第1章介绍计算机系统的概况； 第2章讲述非数值数据和数值数据的编码表示方法； 第3章讲解运算方法和运算部件； 第4章讲解存储器系统； 第5章讲解指令系统的功能和设计； 第6章讲解中央处理器，主要是控制器的组成、原理及设计； 第7章介绍系统总线； 第8章介绍输入输出系统。

本书着力突出计算机组成原理课程的主要内容，对重点、难点问题进行了深入、细致的解析。在第1版的基础上，本版对书中部分内容做了增删、调整和修改，尤其加强了控制器部分的内容。每章后面都附有精心设计和挑选的习题，供读者思考与练习。

本书可作为高等院校计算机专业的教材，也可作为考研学子及从事计算机工作的技术人员的参考书。

本书是作者在广泛参阅国内外同类优秀教材的基础上，集十余年的课程教学与实验经验精心编写而成的。本书提出的“使学生建立起在控制器控制之下的计算机整体概念，充分理解程序、指令、控制、操作之间的关系”的教学理念，强调了控制在计算机系统中的核心地位，是本书的重要特色。

本书第1版于2011年12月出版，几年来，在不同层次的课程教学中发挥了良好的作用。为了让本书更好地服务于教学，本版在第1版的基础上，继续秉持“内容精练、重点突出、讲解深入细致、强调学生主体”的宗旨，对部分内容做了仔细的增删、调整和修改，尤其加强了控制器部分的内容。本版做出的比较重要的改动有：

（1） 考虑到逻辑运算和逻辑门对计算机硬件设计的重要性，在第2章介绍逻辑数据表示时，增加了逻辑运算与逻辑门的内容。

（2） 为了更严谨地描述对数据通路的控制，在第3章介绍定点运算器的基本结构时，在寄存器及ALU的输出端增加了三态缓冲器。

（3） 考虑到无内部总线结构的CPU已没有现实意义，在第6章中删去了与此相关的内容。

（4） 为了让学生更好地了解计算机的实际控制方法，在第6章中结合实际增加了更多控制细节的描述，特别是对微程序控制方式下的时序控制问题做了比较详细的分析。

除以上所做的主要改变外，本版还对书中的部分文字、图形等做了修改与补充，以使全书内容更加严谨、准确。本版在教学内容与实际相结合方面所做的努力，应能对学生的课程实验及课程设计发挥良好的指导作用。

为配合本课程的教学需要，本版继续为任课教师配备电子课件和习题参考答案，如需要，可用电子邮件与清华大学出版社编辑郑寅堃（Zhengyk@tup.tsinghua.edu.cn）联系。

感谢选用本书作为教材或参考资料的教师、学生及广大读者朋友，同时，希望大家对书中的不足及错误提出批评与指正。

陆遥

2015年3月

第1章计算机系统概述

1.1计算机组成的任务

1.2计算机的硬件系统构成

1.2.1计算机的基本硬件组成

1.2.2计算机的主要性能指标

1.3计算机的软件系统构成

1.3.1计算机的语言

1.3.2计算机的软件

1.4计算机系统的层次结构特征

1.5电子计算机的发展简史

习题

第2章计算机的数据表示

2.1字符数据的表示

2.2逻辑数据的表示

2.3校验码

2.3.1码距与校验位的概念

2.3.2奇偶校验码

2.3.3海明校验码

2.3.4循环冗余校验码

2.4数值数据的表示

2.4.1数的二进制真值表示

2.4.2用BCD码表示十进制数

2.4.3定点数的表示

2.4.4浮点数的表示

习题

第3章运算方法和运算部件

3.1定点加减法运算

3.1.1补码加减法运算

3.1.2行波进位补码加法/减法器

3.2定点乘法运算

3.2.1原码一位乘法

3.2.2补码一位乘法

3.2.3阵列乘法器

3.3定点除法运算

3.3.1原码一位除法

3.3.2补码一位除法

3.3.3阵列除法器

3.4定点运算器的组成与结构

3.4.1逻辑运算与移位操作

3.4.2算术逻辑单元的功能设计

3.4.3定点运算器的基本结构

3.5浮点运算

3.5.1浮点加法、减法运算

3.5.2浮点乘法、除法运算

3.5.3浮点运算部件

习题

第4章存储器系统

4.1概述

4.1.1存储器分类

4.1.2存储器系统的层次结构

4.2主存储器

4.2.1静态随机读写存储器

4.2.2动态随机读写存储器

4.2.3只读存储器

4.2.4存储器与CPU的连接

4.2.5可并行访问的存储器

4.3高速缓冲存储器

4.3.1cache的工作原理

4.3.2地址映射与地址转换

4.3.3cache的块替换策略

4.3.4cache的写策略

4.3.5多cache结构

4.4虚拟存储器

4.4.1虚拟存储器概述

4.4.2页式虚拟存储器

4.4.3段式虚拟存储器

4.4.4段页式虚拟存储器

4.4.5快表技术

习题

第5章指令系统

5.1指令系统概述

5.2指令格式及其设计

5.2.1指令的基本格式

5.2.2指令的操作数类型和操作类型

5.2.3寻址方式

5.2.4指令操作码的设计

5.2.5指令地址码的设计

5.2.6指令格式举例

5.3精简指令系统计算机

5.3.1从CISC到RISC

5.3.2RISC的主要特点

习题

第6章中央处理器

6.1CPU的功能和组成

6.1.1CPU的主要功能

6.1.2CPU的基本组成和结构

6.2指令周期

6.2.1指令周期的基本概念

6.2.2指令周期分析举例

6.2.3指令周期流程图

6.3时序信号和时序产生器

6.3.1时序信号的基本概念

6.3.2控制器的控制方式

6.3.3时序产生器的组成及工作原理

6.4硬布线控制器

6.4.1硬布线控制器的结构及工作原理

6.4.2控制信号的设计

6.4.3指令周期控制

6.5微程序控制器

6.5.1微程序控制原理

6.5.2微指令的格式

6.5.3水平型微指令的编码方法

6.5.4微程序的执行顺序控制

6.5.5动态微程序设计

6.6指令流水线

6.6.1并行处理的概念

6.6.2指令流水线的工作原理

6.6.3多功能流水线

6.6.4流水线的性能指标

6.6.5影响指令流水线性能的主要因素

6.6.6提高指令级并行度的技术

6.6.7典型流水处理器举例

习题

第7章系统总线

7.1总线概述

7.1.1总线的基本概念

7.1.2总线的特性及性能指标

7.2总线结构

7.2.1总线的结构类型

7.2.2总线结构实例

7.2.3总线接口

7.3总线仲裁

7.3.1集中式仲裁

7.3.2分布式仲裁

7.4总线操作的定时方式

7.4.1同步定时方式

7.4.2异步定时方式

7.5总线标准

习题

第8章输入输出系统

8.1输入输出系统概述

8.2输入设备

8.2.1键盘

8.2.2鼠标

8.2.3触摸屏

8.2.4扫描仪

8.3输出设备

8.3.1显示器

8.3.2打印机

8.4辅助存储器

8.4.1磁记录原理与记录方式

8.4.2硬磁盘存储器

8.4.3磁盘阵列存储器

8.4.4光盘存储器

8.5输入输出接口

8.5.1输入输出接口的功能和基本结构

8.5.2I/O端口的编址方式

8.6输入输出数据传送方式

8.6.1程序查询方式

8.6.2程序中断方式

8.6.3直接存储器访问方式

8.6.4I/O通道方式

8.6.5I/O处理机方式

习题

参考文献