本书系统地介绍了计算机单机系统的组成结构与工作原理，包括计算机系统概述、运算方法和运算器、存储系统、指令系统、中央处理器、总线系统以及输入／输出系统，引入了最新主存储器、CPU总线、存储总线、I／O总线，以及RISC-V指令系统等内容。
本书兼顾理论性、应用性和实践性：理论和概念讲解具象化，并精心设计大量针对性的例题和习题；引入应用案例揭示计算机专业课程之间的内在联系；引导读者利用所学知识来解释、解决计算机应用问题。本书所述的组成结构和原理，向上归结为方法论，向下则延伸到实际应用，深入浅出，融会贯通，以期达到易懂、实用、生动和有趣的目的。
本书可作为高等院校计算机及相关专业本科生的教材，也可作为研究生备考、成人自学考试以及大专院校学生的参考用书，还可供计算机研发人员参考。

第1章 计算机系统概述
1.1 计算机的发展历程
1.1.1 计算机的起源
1.1.2 计算机的发展简史
1.1.3 计算机硬件发展的特点和规律
1.1.4 计算机的形态和分类
1.1.5 丘奇一图灵论题
1.2 计算机的基本组成
1.2.1 冯·诺依曼计算机原型
1.2.2 计算机硬件组成和工作原理
1.2.3 个人计算机的物理结构
1.2.4 计算机软件分类
1.3 计算机系统的层级结构
1.3.1 计算机系统的层级结构概述
1.3.2 计算机体系结构和计算机组成
1.3.3 计算机硬件和软件的逻辑等价性
1.4 计算机系统的性能指标
1.5 本章小结
习题
第2章 运算方法和运算器
2.1 数据信息和二进制编码
2.1.1 数据信息
2.1.2 进位计数制
2.2 数据的编码表示
2.2.1 符号位的表示
2.2.2 定点数表示
2.2.3 浮点数表示
2.2.4 十进制数的表示
2.2.5 非数值数据的表示
2.2.6 数据的宽度和存储顺序
2.3 数据的校验
2.3.1 奇偶校验
2.3.2 海明校验
2.3.3 循环冗余校验
2.4 定点运算和定点运算器
2.4.1 定点数的加、减法运算
2.4.2 定点数的乘、除法运算
2.4.3 逻辑运算
2.4.4 定点运算器
2.5 浮点运算和浮点运算器
2.5.1 浮点数的加、减法运算
2.5.2 浮点数的乘、除法运算
2.5.3 浮点运算器
2.5.4 浮点运算流水线
2.6 本章小结
习题
第3章 存储系统
3.1 存储器概述
3.1.1 存储器容量单位
3.1.2 存储器的分类
3.1.3 存储器的多级结构
3.2 半导体存储器
3.2.1 随机读写存储器
3.2.2 微型计算机内存
3.2.3 只读存储器
3.3 主存储器
3.3.1 主存储器技术指标
3.3.2 主存储器的基本组成
3.3.3 主存储器扩展
3.4 高速存储器
3.4.1 双端口存储器
3.4.2 单体多字存储器
3.4.3 多模块存储器
3.4.4 相联存储器
3.5 高速缓冲存储器
3.5.1 cache的基本原理
3.5.2 cache主存地址映射方式
3.5.3 替换策略
3.5.4 写操作策略
3.6 虚拟存储器
3.6.1 虚拟存储器的基本原理
3.6.2 页式虚拟存储器
3.6.3 段式虚拟存储器
3.6.4 段页式虚拟存储器
3.6.5 快表
3.6.6 内页表和外页表
3.6.7 CPU访存过程总结
3.6.8 替换算法
3.7 本章小结
习题
第4章 指令系统
4.1 指令系统概述
4.1.1 机器指令和指令系统
4.1.2 指令系统的设计要求
4.2 指令格式
4.2.1 指令的组成
4.2.2 操作码
4.2.3 地址码
4.2.4 二地址指令类型
4.3 指令字长和指令助记符
4.3.1 指令字长
4.3.2 定长指令和不定长指令
4.3.3 指令助记符
4.4 指令种类
4.4.1 指令操作种类
4.4.2 操作数风格分类
4.5 寻址方式
4.5.1 指令寻址方式
4.5.2 操作数寻址方式
4.6 RISC技术
4.7 指令系统实例
4.7.1 ARM指令系统
4.7.2 RISC-V指令系统
4.8 本章小结
习题
第5章 中央处理器
5.1 CPU的功能和组成
5.1.1 CPU的功能
5.1.2 CPU的基本组成
5.1.3 CPU中的主要寄存器
5.1.4 操作控制器和时序发生器
5.2 CPU的工作过程
5.2.1 指令的执行过程
5.2.2 指令周期
5.2.3 数据通路
5.2.4 时序信号和时序发生器
5.2.5 控制方式
5.3 操作控制器
5.3.1 组合逻辑控制器
5.3.2 微程序控制器
5.3.3 硬布线逻辑控制器与微程序控制器的比较
5.4 流水线技术
5.4.1 并行处理技术概述
5.4.2 流水线技术概述
5.4.3 流水线中的冒险处理
5.5 本章小结
习题
第6章 总线系统
6.1 总线系统概述
6.1.1 总线的基本概念
6.1.2 总线的特性及其标准化
6.1.3 总线性能指标
6.2 总线结构
6.2.1 总线内部结构
6.2.2 总线接口
6.2.3 总线的连接方式
6.3 总线控制与通信
6.3.1 总线控制方式
6.3.2 总线通信方式
6.3.3 信息传送方式
6.4 总线系统实例
6.4.1 微型计算机多总线结构
6.4.2 微型计算机总线介绍
6.5 本章小结
习题
第7章 输入／输出系统
7.1 外围设备的分类和特点
7.1.1 外围设备的基本结构
7.1.2 外围设备的分类
7.1.3 外围设备的特点
7.1.4 常见的输入／输出设备
7.1.5 外部存储器
7.2 I／O接口
7.2.1 I／O接口的功能和基本结构
7.2.2 I／O编址方式
7.3 输入／输出控制方式
7.4 程序中断方式
7.4.1 中断的基本概念
7.4.2 I／O中断的产生和执行
7.4.3 中断源和中断分级
7.