本书主要介绍计算机单机系统的组成原理及内部工作机制，包括计算机各大部件的工作原理、逻辑实现、设计方法及其互连构成计算机整机的技术。突出了近几年新技术的应用，更具有创新性。本书可作为计算机及相关专业本科的计算机组成原理课程的教材，也可作为研究生入学考试的复习用书。

本书主要介绍计算机单机系统的组成原理及内部工作机制，包括计算机各大部件的工作原理、逻辑实现、设计方法及其互连构成计算机整机的技术。全书共分为9章，其内容包括：计算机概述、计算机中数据信息的表示、运算方法与运算器、存储器系统、指令系统、控制系统与CPU、总线技术、I/O设备、I/O系统组织，突出了近几年新技术的应用，更具有创新性。

本书综合了作者多年的教学实践经验，参考了国内外有关著作、资料之精华，内容充实、思路清晰、概念明确、重点突出、通俗易懂，并附有大量例题与习题。

本书可作为计算机及相关专业本科的计算机组成原理课程的教材，也可作为研究生入学考试的复习用书。

第1章概论 /1

1.1  计算机的发展历史 /1

1.1.1 更新换代的计算机硬件 /1

1.1.2 日臻完善的计算机软件 /3

1.2  计算机系统的硬件组成 /4

1.2.1 计算机的功能部件 /4

1.2.2 冯·诺依曼计算机 /6

1.3  计算机的软件系统 /8

1.3.1 系统软件 /8

1.3.2 应用软件 /9

1.4  计算机系统的组织结构 /9

1.4.1 硬件与软件的关系 /9

1.4.2 计算机系统的多级层次结构 /9

1.4.3 计算机硬件系统的组织 /11

1.5  计算机的特点和性能指标 /14

1.5.1 计算机的工作特点 /14

1.5.2 计算机的性能指标 /14

1.6  计算机的分类与应用 /16

1.6.1 计算机的分类 /16

1.6.2 计算机的应用 /17

习题1 /18

第2章 计算机中数据信息的表示 /21

2.1  进位计数制与数制转换 /21

2.2  带符号数的表示 /24

2.2.1 机器数与真值 /24

2.2.2 原码表示 /25

2.2.3 补码表示 /26

2.2.4 反码表示 /31

2.2.5 移码表示 /33

2.3  数的定点表示与浮点表示 /35

2.3.1 定点表示 /36

2.3.2 浮点表示 /38

2.3.3 定点表示与浮点表示的比较 /44

2.4  非数值型数据的表示 /45

2.4.1 逻辑数——二进制串 /45

2.4.2 字符与字符串 /45

2.4.3 汉字信息的表示 /47

2.5  十进制数串的表示 /50

2.6  数据校验码 /53

2.6.1 码距与数据校验码 /53

2.6.2 奇偶校验码 /54

2.6.3 海明校验码 /56

2.6.4 循环冗余校验码 /61

习题2 /65

第3章 运算方法与运算器 /70

3.1  运算器的设计方法 /70

3.2  定点补码加减运算 /71

3.2.1 补码加减运算的基础 /71

3.2.2 溢出判断与变形补码 /73

3.2.3 算术逻辑运算部件 /75

3.3  定点乘法运算 /78

3.3.1 原码乘法运算 /79

3.3.2 补码乘法运算 /86

3.3.3 快速乘法运算 /92

3.4  定点除法运算 /94

3.4.1 原码除法运算 /95

3.4.2 补码除法运算 /100

3.4.3 快速除法运算 /106

3.5  浮点四则运算 /109

3.5.1 浮点加减运算 /109

3.5.2 浮点乘除运算 /114

3.6  运算器的组成 /118

3.6.1 定点运算器 /118

3.6.2 浮点运算器 /123

3.7  十进制数的加减运算方法 /124

3.7.1 一位十进制加法器的设计 /124

3.7.2 多位十进制整数的加减运算 /127

3.8  逻辑运算和移位操作 /128

3.8.1 逻辑运算 /128

3.8.2 移位操作 /129

习题3 /132

第4章 存储器系统 /138

4.1  存储器概述 /138

4.1.1 存储器的分类 /138

4.1.2 主存储器的组成和基本操作 /139

4.1.3 存储器的主要技术指标 /141

4.1.4 存储器系统的层次结构 /142

4.2  半导体存储器 /143

4.2.1 半导体存储器的分类 /143

4.2.2 随机存取存储器的结构及工作原理 /145

4.2.3 只读存储器的结构及工作原理 /160

4.2.4 半导体存储器的组成 /161

4.3  辅助存储器 /165

4.3.1 磁表面存储器的基本原理 /166

4.3.2 磁记录方式 /166

4.3.3 磁盘存储器 /169

4.3.4 光盘存储器 /173

4.4  高速缓冲存储器 /178

4.4.1 cache在存储体系中的地位和作用 /178

4.4.2 cache的结构及工作原理 /179

4.5  并行存储系统 /183

4.5.1 单体多字并行主存系统 /183

4.5.2 多体交叉存取方式的并行主存系统 /184

习题4 /185

第5章 指令系统 /190

5.1  机器指令 /190

5.1.1 机器指令格式 /191

5.1.2 指令字的长度 /191

5.1.3 指令的地址码 /192

5.1.4 指令的操作码 /194

5.2  寻址方式 /197

5.2.1 指令的寻址方式 /197

5.2.2 操作数的寻址方式 /198

5.3  指令类型与功能 /209

5.3.1 数据传送指令 /210

5.3.2 算术逻辑运算指令 /210

5.3.3 移位操作指令 /211

5.3.4 堆栈操作指令 /211

5.3.5 字符串处理指令 /211

5.3.6 程序控制指令 /212

5.3.7 输入输出指令 /214

5.3.8 其他指令 /214

5.4  CISC机和RISC机指令风格 /215

5.4.1 复杂指令系统计算机CISC /215

5.4.2 精简指令系统计算机RISC /216

5.5  指令系统举例 /217

5.5.1 Ultra SPARCⅡ的指令系统 /217

5.5.2 PentiumⅡ的指令系统 /220

习题5 /224

第6章 控制系统与CPU /227

6.1  控制器概述 /227

6.1.1 指令执行的基本步骤 /227

6.1.2 控制器的基本功能 /228

6.1.3 控制器的组成 /229

6.1.4 控制器的组成方式 /232

6.2  控制器的控制方式与时序系统 /233

6.2.1 控制方式 /233

6.2.2 时序系统 /234

6.3  CPU的总体结构 /236

6.3.1 寄存器的设置 /236

6.3.2 数据通路结构及指令流程分析 /237

6.4  模型机的总体结构 /240

6.4.1 模型机的数据通路 /240

6.4.2 模型机的指令系统 /242

6.4.3 模型机的时序系统 /245

6.5  组合逻辑控制器设计 /246

6.5.1 设计的步骤 /246

6.5.2 模型机的设计 /247

6.6  微程序控制器设计 /260

6.6.1 微程序控制器概述 /260

6.6.2 微指令的编译方法 /263

6.6.3 微程序的顺序控制方式 /265

6.6.4 微指令的执行方式 /271

6.6.5 微程序设计方法 /272

6.6.6 微程序控制器设计步骤 /275

6.6.7 举例：模型机的微程序设计 /275

6.6.8 微程序设计技术的应用 /289

6.7  流水线处理技术 /291

6.7.1 指令的执行方式 /291

6.7.2 流水线的分类 /292

6.7.3 线性流水线的性能 /293

6.7.4 流水线的相关问题 /295

6.8  CPU举例 /296

6.8.1 Intel公司的Pentium处理器 /296

6.8.2 Sun Microsystems公司的SPARC系统 /300

6.8.3 主流CPU的新技术 /302

习题6 /304

第7章 总线技术 /309

7.1  总线概述 /309

7.1.1 采用总线实现互连的优势 /310

7.1.2 总线的分类 /310

7.1.3 总线标准 /311

7.1.4 总线的性能 /311

7.2  总线的组成与结构 /312

7.2.1 总线的组成 /312

7.2.2 总线的结构 /314

7.3  总线的设计与实现 /315

7.3.1 总线的设计要素 /315

7.3.2 总线的实现 /323

7.4  总线与计算机系统 /324

7.5  常用总线举例 /328

7.5.1 内部总线 /328

7.5.2 设备总线 /335

习题7 /340

第8章 I/O设备 /344

8.1  I/O设备概述 /344

8.2  键盘 /345

8.2.1 硬件扫描键盘 /345

8.2.2 软件扫描键盘 /347

8.3  显示设备 /348

8.3.1 常见显卡标准 /348

8.3.2 CRT显示器 /349

8.3.3 液晶显示器 /356

8.4  打印设备 /359

8.4.1 概述 /359

8.4.2 点阵打印机 /361

8.4.3 喷墨打印机 /363

8.4.4 激光打印机 /364

习题8 /368

第9章 I／O系统组织 /370

9.1  I／O系统概述 /370

9.1.1 I／O系统需要解决的主要问题 /370

9.1.2 I／O系统的组成 /371

9.1.3 主机与外围设备间的连接方式与组织管理 /372

9.1.4 I／O信息传送的控制方式 /373

9.2  I／O接口 /373

9.2.1 I／O接口的基本功能 /374

9.2.2 I／O接口的分类 /376

9.3  程序控制方式 /378

9.3.1 直接程序控制方式 /378

9.3.2　程序中断传送方式 /379

9.4  直接存储器访问方式 /396

9.4.1 DMA方式的特点与应用场合 /397

9.4.2 DMA传送方式 /398

9.4.3 DMA的硬件组织 /400

9.4.4 DMA控制器的组成 /400

9.4.5 DMA控制方式下的数据传送过程 /402

9.5  I/O通道方式 /404

习题9 /410

参考文献 /416