本书主要讲述计算机的基本体系结构、基本组成原理和基本实现方法，涉及的内容包括从计算机底层的CPU核心直到最上层的并行系统架构，具体介绍了各种计算机系统中采用的数据表示与运算方法、指令设计与流水线处理技术、存储体系与存储技术、输入/输出系统与I/O技术、并行体系结构及互连技术等成熟技术与新技术，并结合新产品、新系统说明了各种技术的应用。
本书主要讲述计算机的基本体系结构、基本组成原理和基本实现方法，涉及的内容包括从计算机底层的CPU核心直到最上层的并行系统架构，具体介绍了各种计算机系统中采用的数据表示与运算方法、指令设计与流水线处理技术、存储体系与存储技术、输入/输出系统与I/O技术、并行体系结构及互连技术等成熟技术与新技术，并结合新产品、新系统说明了各种技术的应用。
本书力求语言精练，深入浅出，通俗易懂，重点突出，在强调原理的同时注重技术与实例的结合，在强调基础知识的同时注重新技术的融入。
本书与教育部高等学校教学指导委员会下设的计算机科学与技术教学指导委员会制定的计算机科学与技术专业规范中建议的“计算机组成与体系结构”教学大纲和ACM/IEEECS课程指南吻合，涵盖了全国硕士研究生入学考试计算机科学与技术学科联考大纲中“计算机组成原理”课程的内容，适用于“计算机组成与体系结构”和“计算机组成原理”课程的教学与自学，能够给学生建立完整的计算机组成与体系结构的基本概念和知识体系。

第1章 绪论
1.1 计算机的发展历史
1.1.1 发展历史
1.1.2 摩尔定律
1.2 计算机的基本组成
1.2.1 硬件系统
1.2.2 软件系统
1.2.3 指令集体系结构
1.2.4 高级语言程序的执行过程
1.3 计算机的层次概念
1.3.1 计算机系统的层次结构
1.3.2 计算机体系结构、组成与实现
1.4 计算机分类及性能描述
1.4.1 计算机分类
1.4.2 计算机系统性能描述
1.4.3 Amdahl定律
习题
第2章 计算机系统中的数据表示
2.1 概述
2.1.1 数的进制及转换
2.1.2 无符号数与有符号数的定义
2.1.3 定点数与浮点数的定义
2.2 定点数
2.2.1 原码
2.2.2 补码
2.2.3 反码
2.2.4 移码
2.2.5 不同编码的比较
2.3 浮点数
2.3.1 浮点数的表示方法
2.3.2 IEEE 754标准
2.4 BCD码
2.5 非数值数据
2.5.1 ASCII码
2.5.2 汉字编码
2.5.3 Unicode与UTF
2.6 检错与纠错码
2.6.1 码距与校验位位数
2.6.2 奇偶校验码
2.6.3 海明校验码
2.6.4 循环冗余校验码
习题
第3章 运算方法与运算器
3.1 定点数运算
3.1.1 加减运算
3.1.2 乘法运算
3.1.3 除法运算
3.2 逻辑与移位运算
3.2.1 逻辑运算
3.2.2 移位运算
3.3 浮点数运算
3.3.1 浮点加减运算
3.3.2 浮点乘除运算
3.3.3 浮点数运算的实现方法
3.4 运算器基本结构
3.4.1 三种基本结构
3.4.2 运算器实例
习题
第4章 存储系统
4.1 存储系统概述
4.1.1 存储系统的层次结构
4.1.2 存储器的分类
4.1.3 存储器的性能指标
4.2 主存储器
4.2.1 主存的结构
4.2.2 随机读写存储器RAM
4.2.3 只读存储器ROM
4.2.4 相联存储器
4.2.5 主存储器设计方法
4.3 高速缓冲存储器
4.3.1 工作原理
4.3.2 地址映射与变换
4.3.3 替换算法
4.3.4 更新策略
4.3.5 Cache性能测量
4.3.6 Cache性能提高
4.4 虚拟存储器
4.4.1 虚拟存储器概述
4.4.2 虚拟存储器管理
4.4.3 RISCV中页式虚拟存储器的实现
4.5 外部存储器（辅助存储器）
4.5.1 磁表面存储原理及记录方式
4.5.2 磁盘存储器
4.5.3 固态硬盘
4.5.4 光存储器
4.5.5 移动存储设备
习题
第5章 指令系统
5.1 指令系统概述
5.2 指令系统结构层定义
5.2.1 存储模式
5.2.2 寄存器组织
5.2.3 数据类型
5.2.4 I/O模式
5.2.5 指令类型
5.3 指令设计
5.3.1 指令格式
5.3.2 地址码设计
5.3.3 操作码设计
5.3.4 指令长度设计
5.4 寻址方式
5.4.1 基本寻址方式
5.4.2 RISCV和x86寻址方式
5.5 指令系统结构的发展
5.5.1 CISC
5.5.2 RISC
5.6 指令系统实例
5.6.1 RISCV指令系统
5.6.2 x86指令系统
习题
第6章 中央处理器
6.1 CPU的功能与结构
6.1.1 CPU的功能
6.1.2 基础的RISCV系统结构
6.1.3 简化的x86系统结构
6.1.4 微操作
6.1.5 控制器的组成
6.2 硬布线控制器设计
6.2.1 RISCV系统控制单元设计
6.2.2 类x86系统控制单元设计
6.3 微程序控制器设计
6.3.1 微程序控制原理
6.3.2 微指令设计
6.3.3 微程序设计及示例
6.3.4 微程序控制器设计
6.4 微程序控制器与硬布线控制器的比较
6.5 CPU性能的测量与提高
6.5.1 CPU性能测量
6.5.2 提高CPU速度的策略
6.5.3 多核与多线程技术
6.6 CPU实例
6.6.1 Intel Core 2 CPU
6.6.2 MIPS R10000 CPU
习题
第7章 流水线技术
7.1 流水线处理的概念
7.1.1 流水线的处理方式
7.1.2 CPU中流水线的一般结构及运作
7.1.3 流水线的类型
7.2 浮点运算流水线
7.2.1 浮点加减运算流水线
7.2.2 浮点乘除运算流水线
7.3 指令流水线
7.3.1 基本的指令流水线
7.3.2 指令流水线策略
7.3.3 指令流水线设计方法——RISCV基本指令流水线设计示例
7.3.4 指令系统对流水线设计的支持
7.4 流水线性能测量
7.4.1 时空图
7.4.2 吞吐率
7.4.3 加速比
7.4.4 效率
7.4.5 流水线性能分析
7.5 指令流水线的性能提高
7.5.1 流水线的基本性能问题
7.5.2 结构冒险
7.5.3 数据冒险
7.5.4 控制冒险
7.6 多发射处理器
7.6.1 多发射的概念
7.6.2 超标量处理器
7.6.3 超长指令字处理器
7.6.4 多发射处理器的限制
7.7 指令级并行概念
7.7.1 指令流水