纪禄平，男，博士、副教授/博导 1999年6月毕业于北京理工大学，获机械电子工程学士学位。2005年6月和2008年6月毕业于电子科技大学，分获计算机应用技术硕士学位和计算机软件与理论博士学位。2008年博士毕业后留校，一直在计算机科学与工程学院专职从事教学和科研工作，期间于2016年9月至2017年9月在休斯敦大学（美国）访问学习。 主要科研方向为神经网络、深度学习和模式识别，主持完成国家自然科学基金面上项目、中央高校科研基金和博士点基金等项目，在IEEE Transactions on Cybernetics、Pattern Recognition、IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics以及Neurocomputing等计算机领域主流期刊和靠前会议上累积发表论文20余篇，获得发明（中国）授权4件。

章 概论1
1.1 计算机的基本概念1
1.1.1 信息的数字化表示2
1.1.2 存储程序工作方式5
1.1.3 计算机的分类6
1.2 计算机的诞生与发展8
1.2.1 冯·诺依曼体系8
1.2.2 计算机发展历程9
1.2.3 未来的发展趋势11
1.3 计算机系统的组织13
1.3.1 硬件系统13
1.3.2 软件系统18
1.3.3 计算机系统层次结构20
1.4 计算机性能的主要评价指标23
习题127
第2章 数据的表示、运算和校验28
2.1 数值型数据28
2.1.1 进位计数制28
2.1.2 带符号数的表示34
2.1.3 定点数与浮点数39
2.2 字符型数据45
2.3 数据代码的处理与存储47
2.4 基本运算方法50
2.4.1 定点加减运算50
2.4.2 定点乘法运算55
2.4.3 定点除法运算62
2.4.4 IEEE 754浮点数四则运算67
2.5 常用的数据校验方法69
2.5.1 奇偶校验70
2.5.2 海明校验71
2.5.3 循环冗余校验73
习题275
第3章 CPU子系统78
3.1 CPU概述79
3.1.1 硬件结构模型79
3.1.2 基本功能与控制85
3.1.3 CPU的发展历程91
3.2 指令系统93
3.2.1 CISC与RISC93
3.2.2 指令的一般格式94
3.2.3 常见寻址方式100
3.2.4 指令功能和类型112
3.3 加法器与运算部件119
3.3.1 加法器及其进位逻辑119
3.3.2 算术逻辑运算单元123
3.3.3 运算器的组织127
3.4 x86架构模型机CPU设计129
3.4.1 模型机指令系统129
3.4.2 基本部件与数据通路133
3.4.3 指令流程与微命令137
3.4.4 组合逻辑控制151
3.4.5 微程序控制161
3.5 MIPS32架构CPU设计实例180
3.5.1 MIPS32指令架构181
3.5.2 基本的组成部件186
3.5.3 单周期模式189
3.5.4 多周期模式201
3.5.5 指令的时间特性219
3.6 CPU不错技术介绍224
3.6.1 流水技术224
3.6.2 SMT与超线程228
3.6.3 多核技术介绍229
习题3232
第4章 存储子系统235
4.1 存储子系统概述235
4.1.1 存储系统的层次结构235
4.1.2 存储器的分类239
4.1.3 存储器的技术指标242
4.2 半导体存储原理及芯片243
4.2.1 静态MOS芯片243
4.2.2 动态MOS芯片247
4.2.3 RAM型存储器254
4.2.4 ROM型存储器257
4.3 主存储器的组织261
4.3.1 主存的设计原则261
4.3.2 主存的逻辑设计263
4.3.3 主存与CPU的连接与控制267
4.4 磁表面存储原理269
4.4.1 存储介质与磁头270
4.4.2 磁记录编码方式273
4.5 磁盘存储器及其接口277
4.5.1 硬盘存储器277
4.5.2 磁盘技术指标与校验285
4.5.3 磁盘适配器287
4.6 光存储原理及器件290
4.6.1 光存储原理290
4.6.2 光盘存储器与光驱293
4.7 计算机的三级存储体系296
4.7.1 基本概念297
4.7.2 Cache与内存的数据交互298
4.7.3 内存与外存的数据交互305
4.8 高性能存储系统介绍310
4.8.1 多端口存储器310
4.8.2 独立磁盘冗余阵列311
4.8.3 并行存储系统312
4.8.4 联想存储系统317
习题4318
第5章 总线与输入/输出子系统321
5.1 输入/输出子系统概述321
5.1.1 总线与接口简介322
5.1.2 输入/输出与控制325
5.2 计算机系统中的总线328
5.2.1 总线的特性与分类329
5.2.2 总线的技术规范331
5.2.3 总线的设计要素332
5.2.4 PCI-E总线介绍338
5.3 直接程序传送模式343
5.4 中断处理模式344
5.4.1 中断的基本概念344
5.4.2 中断请求与优先级裁决349
5.4.3 中断响应与中断服务程序354
5.4.4 中断接口的逻辑模型360
5.5 DMA模式与接口363
5.5.1 DMA基本概念364
5.5.2 DMA控制器与接口的连接367
5.5.3 DMA控制器的组成370
5.5.4 DMA传输操作过程374
5.5.5 典型的DMA接口举例375
5.6 IOP和PPU模式380
5.6.1 通道的系统结构380
5.6.2 通道的类型381
5.6.3 通道的工作原理382
习题5384
第6章 输入/输出设备386
6.1 输入/输出设备概述386
6.1.1 设备的基本功能386
6.1.2 设备的种类387
6.1.3 主机与设备的信息交互389
6.2 键盘的工作原理390
6.2.1 键盘的类型391
6.2.2 硬件扫描键盘393
6.2.3 软件扫描键盘394
6.3 显示设备及适配器397
6.3.1 常见的显示器397
6.3.2 显示成像原理399
6.3.3 LCD显示器405
6.3.4 适配器及其接口412
6.4 打印设备及其接口414
6.4.1 打印设备概述414
6.4.2 点阵针式打印机416
6.4.3 喷墨打印机419
6.4.4 激光打印机420
6.4.5 3D打印技术简介423
习题6424
参考文献426

本书为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材。本书以当前主流微型计算机技术为背景，以建立系统级的整机概念为目的，深入介绍计算机各功能子系统的逻辑组成和工作机制。全书共6章，第1章概述计算机的基本概念、发展历程和系统的硬件、软件组织及计算机相关的性能指标；