本书以CCC2002为指导，以计算机组成原理研究生入学统一考试大纲的考察目标为依据，系统介绍了计算机系统的组成结构和内部工作原理。在查阅了大量最新资料和文献的基础上，由作者结合多年的教学经验编写而成，全书内容充实，重点突出，通俗易懂。
本书的主要特色
●内容组织合理，既注重基础知识的讲述，又兼具系统性和先进性。
●文字叙述简洁明了、通俗易懂，既便于教师课堂讲授，又便于自学者阅读。
●理论与实践交叉融合，对重点、难点知识，都安排相应的例题以帮助理解。
●思考题与习题按章节的知识点选择、组织，做到学以致用。
●涵盖全国硕士研究生入学统一考试计算机科学与技术学科联考大纲的所有内容。
作者简介
张钢，天津大学计算机科学与技术学院教授；讲授计算机组成原理、计算机系统结构等课程。主要研究方向为计算机网络、数据库应用、企业信息化等。
张新荣，天津大学计算机科学与技术学院教授；从事计算机组成原理课程教学工作多年，曾获天津市教学楷模、天津大学教学名师等荣誉称号，完成国家自然科学基金、863项目、天津市自然科学基金及横向课题多项，发表学术论文几十篇。主要研究方向为计算机图像处理与分析。
李雪威，天津大学计算机科学与技术学院讲师；讲授计算机组成原理、图像处理等课程。主要研究方向为模式识别，计算机图像处理。
于瑞国，天津大学计算机科学与技术学院讲师；讲授计算机组成原理、C++程序设计、问题求解与程序设计等课程多年。主要研究方向为人工智能、信息检索。
无
本教材为“面向计算机科学与技术本科专业规范系列教材”，以CCC2002（中国计算机科学与技术学科教程2002）和高等学校计算机科学与技术发展战略研究报告暨专业规范（试行）为指导，在查阅了大量国内外教科书和文献的基础上，结合作者多年的教学经验编写而成。
计算机组成原理是计算机科学与技术专业学生的一门核心主干课程，该课程在先导课和后继课之间起着承上启下的作用。由于计算机的工作原理比较复杂，各个功能部件之间又相互关联，课程的难度相对比较大。本教材在编写时，充分考虑到该课程的特点，力求做到选材新颖、组织严密，富于系统性、逻辑性、先进性、科学性和实践性。在本教材编写期间，恰逢2009年全国硕士研究生入学统一考试计算机科学与技术学科联考计算机学科专业基础综合考试大纲出版之际，教材以考试大纲中计算机组成原理的考察目标为依据，内容涵盖大纲中的所有内容。对于大纲中综合应用要求的知识，教材中给出了大量例题，以帮助学生掌握相关内容。本教材具有如下特色：
教材内容进行了合理的组织安排，既注重讲述基础知识，又兼具系统性和先进性。
文字叙述简洁明了、通俗易懂，既便于教师课堂讲授，又便于自学者阅读。
理论密切联系实际，对重点、难点的知识，都给出了相应的例题以帮助理解。
习题选择严格按章节内容的知识点组织，真正起到学以致用的作用。
涵盖全国硕士研究生入学统一考试计算机科学与技术学科联考大纲的所有内容。
本教材第1、6章由张新荣、张钢编写，第2章由罗子超编写，第3、5章由李雪威编写，第4、7、8、9章由于瑞国编写。
编者虽然从事“计算机组成原理”课程教学工作多年，但由于编写时间紧迫及水平有限，书中难免有疏漏和欠缺之处，敬请广大读者和同行专家批评指正。
为了便于教学，我们将为选用本教材的教师免费提供电子教案，需要者请登录华章网站（www.hzbook.com）下载。
作者
2008年12月
本书以CCC2002为指导，以计算机组成原理研究生入学统一考试大纲的考察目标为依据，系统介绍了计算机系统的组成结构和内部工作原理。在查阅了大量最新资料和文献的基础上，由作者结合多年的教学经验编写而成，全书内容充实，重点突出，通俗易懂。
本书的主要特色
●内容组织合理，既注重基础知识的讲述，又兼具系统性和先进性。
●文字叙述简洁明了、通俗易懂，既便于教师课堂讲授，又便于自学者阅读。
●理论与实践交叉融合，对重点、难点知识，都安排相应的例题以帮助理解。
●思考题与习题按章节的知识点选择、组织，做到学以致用。
●涵盖全国硕士研究生入学统一考试计算机科学与技术学科联考大纲的所有内容。
作者简介
张钢，天津大学计算机科学与技术学院教授；讲授计算机组成原理、计算机系统结构等课程。主要研究方向为计算机网络、数据库应用、企业信息化等。
张新荣，天津大学计算机科学与技术学院教授；从事计算机组成原理课程教学工作多年，曾获天津市教学楷模、天津大学教学名师等荣誉称号，完成国家自然科学基金、863项目、天津市自然科学基金及横向课题多项，发表学术论文几十篇。主要研究方向为计算机图像处理与分析。
李雪威，天津大学计算机科学与技术学院讲师；讲授计算机组成原理、图像处理等课程。主要研究方向为模式识别，计算机图像处理。
于瑞国，天津大学计算机科学与技术学院讲师；讲授计算机组成原理、C++程序设计、问题求解与程序设计等课程多年。主要研究方向为人工智能、信息检索。
序言
前言
教学建议
第1章概论1
1.1计算机的发展史1
1.1.1第一代到第四代电子数字
计算机的简单回顾1
1.1.2第一台通用电子数字计算机
诞生的基础和历史背景3
1.1.3推动计算机体系结构发展的
重要事件4
1.2计算机系统的基本组成6
1.2.1计算机系统的软硬件
概念6
1.2.2计算机系统的硬件组成7
1.2.3计算机的软件系统12
1.2.4计算机系统的层次结构14
1.3计算机的性能指标14
思考题与习题16
第2章数据在计算机中的表示18
2.1数值数据的表示18
2.1.1进位计数制及相互转换18
2.1.2数的符号表示20
2.1.3数的小数点表示24
2.1.4十进制数据表示34
2.2非数值数据的表示35
2.2.1逻辑数据35
2.2.2字符及字符串的表示35
思考题与习题39
第3章计算机的算术运算42
3.1算术逻辑单元42
3.1.1加法器及其进位结构42
3.1.2多功能算术逻辑单元51
3.2定点运算55
3.2.1定点加减运算55
3.2.2定点乘法运算60
3.2.3定点除法运算71
3.3运算器组织76
3.3.1运算器组织76
3.3.2位片式运算器AM290177
3.4浮点运算80
3.4.1浮点加减运算80
3.4.2浮点乘除运算84
3.4.3浮点运算所需要的
硬件85
思考题与习题85
第4章存储系统87
4.1概述87
4.1.1存储器的主要技术指标88
4.1.2存储器的分类89
4.1.3存储系统的层次结构91
4.1.4存储体系93
4.2主存储器94
4.2.1主存储器基本结构与
操作94
4.2.2半导体随机存储器98
4.2.3只读存储器（ROM）109
4.2.4多体交叉存储器112
4.2.5校验码113
4.2.6相联存储器和双口
存储器120
4.3高速缓冲存储器121
4.3.1Cache的工作原理122
4.3.2主存－Cache地址映象和
地址变换123
4.3.3替换算法126
4.3.4高速缓存的写策略128
4.4虚拟存储器129
4.4.1虚拟存储器概论129
4.4.2页式虚拟存储器130
4.4.3段式及段页式虚拟
存储器132
思考题与习题135
第5章指令系统137
5.1机器指令137
5.1.1机器指令格式137
5.1.2操作数类型和存储
方式141
5.1.3指令的操作类型143
5.2寻址方式146
5.2.1指令的寻址方式147
5.2.2操作数的寻址方式147
5.2.3寻址方式举例151
5.3指令格式举例154
5.3.1Pentium指令格式154
5.3.2Power PC指令格式155
5.4RISC技术156
5.4.1RISC技术的提出156
5.4.2RISC和CISC技术的
比较157
5.4.3RISC和CISC执行程序
所需的时间比较158
思考题与习题159
第6章中央处理器161
6.1CPU的功能和组成161
6.1.1CPU的功能161
6.1.2CPU的组成161
6.2时序控制方式与时序系统163
6.2.1时序控制方式163
6.2.2时序系统165
6.3模型机指令的执行过程167
6.3.1模型机的数据通路167
6.3.2模型机的指令系统169
6.3.3模型机的时序系统170
6.3.4模型机指令的执行
过程170
6.4模型机控制器的硬布线
设计178
6.4.1设计方法178
6.4.2模型机组合逻辑控制器
框图181
6.5模型机控制器的微程序
设计182
6.5.1微程序控制的基本
原理182
6.5.2微程序设计技术185
6.5.3模型机的微程序设计195
6.5.4微程序技术的应用203
6.6CPU的流水线技术205
6.6.1流水线的基本概念205
6.6.2流水线的分类206
6.6.3流水线中的主要问题207
6.6.4线性流水线的性能207
6.6.5高级流水线208
思考题与习题208
第7章总线213
7.1总线概述213
7.1.1总线的组成213
7.1.2总线性能指标214
7.1.3总线标准215
7.2总线结构216
7.2.1总线结构的物理实现216
7.2.2多总线结构216
7.3总线控制218
7.3.1总线仲裁218
7.3.2总线通信控制221
7.4实用总线标准224
7.4.1PCI总线224
7.4.2PCI Express总线228
思考题与习题230
第8章外部设备232
8.1输出设备232
8.1.1打印机232
8.1.2显示设备240
8.2输入设备250
8.2.1键盘251
8.2.2鼠标器253
8.2.3触摸屏254
8.3辅助存储器255
8.3.1辅助存储器的种类与技术
指标255
8.3.2磁记录原理257
8.3.3编码方式260
8.3.4磁盘存储器262
8.3.5RAID（冗余磁盘阵列）268
8.3.6磁带存储器273
8.3.7光盘存储器273
思考题与习题278
第9章输入输出系统281
9.1概述281
9.1.1输入输出系统的组成281
9.1.2I/O设备与主机的连接
方式281
9.1.3I/O设备与主机的信息
交换方式283
9.2I/O接口284
9.2.1I/O接口的功能284
9.2.2I/O接口的分类285
9.2.3I/O接口的基本组成286
9.2.4I/O接口举例287
9.3程序直接控制方式292
8.3.1辅助存储器的种类与技术
指标1
8.3.2磁记录原理1
8.3.3编码方式1
8.3.4磁盘存储器1
8.3.5RAID（冗余磁盘陈列）1
8.3.6磁带存储器1
8.3.7光盘存储器1
9.4程序中断控制方式293
8.4.1程序直接控制方式1
8.4.2程序中断控制方式1
8.4.3DMA（存储器直接存取）
方式1
8.4.4I/O通道方式1
9.5DMA（直接存储器访问）
方式307
9.6I/O通道方式311
思考题与习题314
参考文献317
