本书主要讲述计算机系统的内部工作机制和组成原理，旨在使读者掌握计算机中各功能部件的工作原理、逻辑实现和设计方法，同时通过各个功能部件的相互联系有序地构成一个整体。为今后参加计算机系统的分析、设计和开发等工作打下坚实的基础。

本书首先对计算机的体系结构进行了整体描述，然后分别介绍各个部件，让读者了解各个部件的工作原理和逻辑实现，最后讲解各个部件在CPU的指挥下如何协同完成各种指令，以及让计算机正常地工作。这种合一分一合的方式可以让读者在了解各个部件的工作原理时不至于割断与其他部件的联系，而这种联系却正体现了计算机设计的综合性和复杂性。

本书阐述了计算机硬件体系的组成原理和实现。全书分10章，第1～3章介绍了计算机组成的基本概念及相关基础；第4～9章介绍了计算机组成的各部件的原理及其实现；第10章介绍了计算机体系的一个重要发展方向，即并行计算机体系结构。本书结构优化，内容精炼，重点突出，并配有习题、实践项目和电子教案。

本书可作为理工科大学生“计算机组成原理”课程的教科书，也可供从事计算机领域相关工作的工程技术人员参考。

出版说明

前言

第1章　计算机系统概述

 1.1　计算机发展简史

1.1.1　第一代计算机——电子管电子计算机

1.1.2　第二代计算机——晶体管电子计算机

1.1.3　第三代计算机——集成电路计算机

1.1.4　第四代计算机——超大规模集成电路计算机

1.1.5　第五代计算机——普适计算机

 1.2　计算机的分类

 1.3　计算机系统简介

1.3.1　计算机系统的层次结构

1.3.2　计算机体系结构和计算机组威

 1.4　计算机的基本组成

1.4.1　冯·诺伊曼计算机的特点

1.4.2　计算机的硬件框图

 1.5　计算机性能的评价

1.5.1　性能评价的时间因素

1.5.2　性能评价程序的选择

 　1.6　计算机系统设计的准则

 　1.7　本书结构

 　习题

第2章　运算基础

 2.1　数制和数制转换

2.1.1　数制

2.1.2　数制转换

 2.2　数据的编码和表示

2.2.1　无符号数

2.2.2　有符号数

2.2.3　浮点数表示

2.2.4　二进制信息编码

 2.3　定点数的运算

2.3.1　移位运算

2.3.2　加减法运算

2.3.3　乘法运算

2.3.4　除法运算

 2.4　浮点数的运算

2.4.1　浮点数的加减法运算

2.4.2　浮点数的乘除法运算

2.4.3　保证位

 2.5　检错码和纠错码

2.5.1　检错和纠错的理论基础

2.5.2　奇偶校验

2.5.3　CRC校验

2.5.4　汉明码

本章小结

习题

第3章　数字电路和逻辑电路基础

 3.1　布尔代数

 3.2　逻辑函数的化简

3.2.1　代数化简法

3.2.2　卡诺图化简法

 3.3　组合逻辑电路

3.3.1　加法器

3.3.2　译码器

3.3.3　算术逻辑单元

3.3.4　数据选择器

 3.4　时序逻辑电路

3.4.1　触发器

3.4.2　寄存器和移位寄存器

3.4.3　计数器

 3.5　阵列逻辑电路

3.5.1　只读存储器

3.5.2　随机存取存储器

3.5.3　可编程逻辑器件

 3.6　VHDL硬件描述语言

3.6.1　VHDL语法

3.6.2　VHDL实例

3.6.3　VItDL工具介绍

 本章小结

 习题

第4章　系统总线

 4.1　系统总线概述

4.1.1　总线的分类

4.1.2　总线的特性和性能指标

 4.2　总线的通信方式

4.2.1　同步通信方式

4.2.2　异步通信方式民

 4.3 总线仲裁

4.3.1 集中式仲裁方式

4.3.2 分布式仲裁方式

 4.4 总线结构

4.4.1 单总线结构

4.4.2 多总线结构

 4.5 常用高速总线标准

4.5.1 PCI

4.5.2 AGP

4.5.3 PCI Express 

 本章小结

 习题

第5章 存储器

 5.1 概述

5.1.1 存储器的分类

5.1.2 存储器的层次结构

 5.2 主存储器

5.2.1 主存储器的基本结构

5.2.2 主存储器的技术指标

5.2.3 半导体存储器接口的基本技术

5.2.4 高级DRAM技术

 5.3 辅助存储器

5.3.1 辅助存储器的种类与技术指标

5.3.2 硬磁盘存储器

5.3.3 磁盘阵列存储器

5.3.4 光盘存储器

5.3.5 磁带存储器

 5.4 Cache

5.4. 1Cache的工作原理

5.4.2 地址映射

5.4.3 替换策略

5.4.4 Cache写策略

5.4.5 Cache的性能分析

5.4.6 改进Cache性能的措施

 5.5 虚拟储存器

5.5.1 虚拟存储器的基本原理

5.5.2 虚拟存储器的管理

5.5.3 快表TLB

5.5.4 Pentium处理机的虚拟存储器技术

 本章小结

 习题

第6章 输入输出系统

6.1 I／O概述

6.1.1 I／0接口的功能及组成

6.1.2 I／0接口与I／0端口

6.1.3 I／O端口的编址方式

 6.2 程序查询方式

6.2.1 程序查询的基本思想

6.2.2 程序查询方式的工作流程

 6.3 程序中断方式

6.3.1 中断的基本概念

6.3.2 中断处理流程

6.3.3 中断向量

6.3.4 中断判优逻辑

6.3.5 中断的嵌套

 6.4 DMA方式

6.4.1 DMA的工作方式

6.4.2 DMA接口组成

6.4.3 DMA的工作过程

 6.5 I／0通道和I／0处理机

6.5.1 I／0通道的种类和功能

6.5.2 通道型I／0处理机和外围处理机

6.6 I／O接口标准

6.6.1 IDE和SA2TA 

6.6.2 USB和FireWire

 本章小结

 习题

第7章 CPU的结构与功能

 7.1 CPU的功能

 7.2 CPU的结构

7.2.1 CPU的结构框图

7.2.2 算术逻辑单元和控制器

7.2.3 CPU的寄存器

 7.3 指令周期及其数据通路

7.3.1 CPU的执行过程

7.3.2 指令周期的基本概念

7.3.3 数据通路及其基本要素

7.3.4 指令子周期的数据通路

 7.4 JJentiurn处理器

 本章小结

 习题

第8章 指令系统

 8.1 机器指令

8.1.1 指令的一般书写格式

8.1.2 指令字长

 8.2 操作数的类型、大小和存储

8.2.1 操作数类型和大小

8.2.2 数据在存储器中的存放方式

 8.3 操作类型

8.3.1 数据传送类

8.3.2 算术运算类

8.3.3 逻辑运算类

8.3.4 控制传送类

8.3.5 输入输出类

8.3.6 系统控制类

 8.4 寻址技术

8.4.1 立即数寻址

8.4.2 寄存器寻址

8.4.3 存储器寻址

8.4.4 寄存器和存储器混合寻址

8.4.5 相对寻址

8.4.6 堆栈寻址

 8.5 指令集结构的功能设计

8.5.1 复杂指令系统计算机

8.5.2 精简指令系统计算机

8.5.3 CISC与RISC的比较

 8.6 指令系统的举例和设计

8.6.1 SPARC的指令系统

8.6.2 Pentium微处理器的指令系统

 本章小结

 习题

第9章 控制器

 9.1 控制器的功能

9.1.1 控制器的功能

9.1.2 控制器的组成

9.1.3 微操作命令分析

9.1.4 控制信号

 9.2 硬布线控制器

9.2.1 硬布线控制器概述

9.2.2 硬布线控制器的结构

9.2.3 硬布线控制器的设计步骤

 9.3 微程序控制器

9.3.1 微程序控制器概述

9.3.2 微程序控制器的结构框图

9.3.3 微程序控制器的工作原理

9.3.4 微指令的格式

9.3.5 微指令的编码方式

9.3.6 微指令序列地址的形成

9.3.7 微程序控制器举例

 本章小结

 习题

第10章 并行计算机系统结构

 10.1 计算机系统结构中的并行性概念

10.1.1 概述

10.1.2 并行计算机体系结构的分类

 10.2 流水线技术

10.2.1 流水线原理

10.2.2 流水线的性能指标

10.2.3 流水线的相关问题

10.2.4 动态调度 

 10.3 片内并行

10.3.1 超流水线技术

10.3.2 超标量技术

10.3.3 超长指令字技术

 10.4 共享内存的多处理机

10.4.1 UMA对称多处理器系统

10.4.2 NUMA多处理器系统

 10.5 消息传递的多处理机

10.5.1 互联网络

10.5.2 大规模并行处理器

10.5.3 集群计算 

10.5.4 多计算机的通信软件

 本章小结

 习题

附录

 附录A 使用硬布线方法设计CPU

 附录B 常用逻辑符号对照表

参考文献