计算机已普及到社会的各个层面,被各种各业的人士采用。在这样的大背景下，计算机组成及其工作原理已不再仅仅是计算机专业的核心课程，而逐渐成为一门各专业学生都必须学习的公共必修课。
　　本书从硬件和软件两个方面阐述计算机系统的工作原理。书中除了介绍传统的指令系统、运算器、存储器、控制器、输入输出系统与总线外，还汇集了数字电路分析与设计、汇编语言程序设计以及操作系统等内容。其中，控制器部分在整合前面所学知识的基础上，通过一个实例阐述了计算机的工作原理；输入输出系统部分侧重于从微机接口与应用的角度来介绍；操作系统则从资源管理的角度进行阐述。

无

随着计算机技术的发展，计算机已普及到社会的各个层面，它作为一种大众化的工具被各行各业的人士采用。正是在这样的大背景下，计算机组成及其工作原理已不仅仅是高等院校计算机专业的核心课程，而逐渐成为一门各专业学生都必须学习的公共必修课。
为了适应这一重大的转变，我们学校从2006年开始，在全校信息技术类专业开设了“计算机系统原理”公共专业基础课。我们对这门课的定位是介绍计算机系统的工作原理和设计理念，而不是像计算机专业那样从体系结构或设计的角度来介绍计算机的组成原理与最新技术进展。由于各专业的知识结构与基础课程不同，我们在本书中除了介绍传统的运算器、存储器、控制器、输入输出与总线外，还汇集了数字电路分析与设计、汇编语言程序设计以及操作系统等内容，其中输入输出部分偏向于从微机接口与应用的角度来介绍。通过两年的教学实践与研讨，在所有授课老师的共同努力下，逐渐形成了本书的内容与组织结构形式。
教学建议
本书以讲授为主，实验和习题课为辅。第1章重点讲解计算机层次结构与组成、存储程序原理和计算机性能评价，建议4课时。第2章重点讲解布尔函数的“标准与或”式形式与卡诺图的化简，要求掌握时序电路中状态的概念，以及利用布尔代数进行组合电路和同步时序电路的分析与设计的过程，建议8课时。第3章重点讲解定点和浮点数的表示形式，数的机器码表示特别是补码表示，计算机内原码与补码的加、减、乘法运算，以及定点运算器的组成，建议6课时。第4章重点讲解指令系统与指令格式的作用与地位，以8086 CPU为例，着重介绍标志寄存器的作用、数据的存放形式、寻址方式、指令类型与指令格式，最后介绍汇编语言程序设计方法，建议16课时。第5章重点讲解存储器的层次结构，主存储器和高速缓存的工作原理，以及半导体存储器的连接，建议8课时。第6章以一个简单计算机控制器的设计为目标，综合运用前面各章的知识；通过构建指令系统、确定指令格式、分解指令成为微操作序列、明确控制信号；通过节拍的控制完成控制器的组合电路实现；最后介绍微程序控制器的设计，建议6课时。第7章，建议结合输入输出设备的工作特点，介绍输入输出接口的作用、结构、工作方式、编址等基本知识，重点讲解中断和DMA两种输入输出工作方式；通过典型的接口芯片实例，讲解中断控制器8259A的使用以及微机系统的中断编程，运用定时/计数器8253和异步串行通信接口控制器8250编写实际的接口控制程序，建议课时为8学时。第8章重点讲解总线的概念、作用、组成结构、工作原理和设计指标，并介绍计算机系统中常用的若干种总线类型，建议2课时。第9章在讲解操作系统的发展历史与作用基础上，以资源管理为主线，着重讲解处理机管理、存储管理、文件（信息）管理、设备管理和作业管理，建议8课时。实验安排为：汇编语言实验6课时，中断实验2课时，定时器电子琴2课时，串行通信2课时。
对于非计算机专业的学生，可根据各专业的情况决定是否讲授第2章，其余章节除有星号（*）标记的小节外全部讲授；对于计算机非硬件专业的学生，第9章不讲，可根据各学校的情况，选讲第4章中的汇编语言程序设计部分。

本书共有9章。刘真编写了第2、第4章及附录，并进行了统稿。侯方勇编写了第7、第8章，周丽涛编写了第5章，姜晶菲编写了第6章，刘芳编写了第3章，任江春编写了第1章和第9章。另外，与本书相关的资料请登录华章网站（wwwhzbookcom）查阅。在全书的编写过程中，唐玉华作为系列课程负责人，对本书的编写进行了全程指导，肖侬和沈立参与了所有的讨论，并提出了很多有建设性的意见。

编者结合多年的教学经验以及兄弟院校的反馈，对计算机软件、计算机应用以及网络专业的需求进行了有意识的整合，将硬件方面的知识汇集在一起，使得本书不但适合高等院校非计算机专业的学生，也适合计算机专业非硬件类学生学习。本书语言力求通俗易懂，便于自学。个别较深入的内容，都标注了星号，以供不同层次的读者选用。由于编写时间紧以及编者水平的局限，错误与不足之处在所难免，敬请读者和专家批评指正。
编者

2008年3月于国防科学技术大学

计算机已普及到社会的各个层面,被各种各业的人士采用。在这样的大背景下，计算机组成及其工作原理已不再仅仅是计算机专业的核心课程，而逐渐成为一门各专业学生都必须学习的公共必修课。
　　本书从硬件和软件两个方面阐述计算机系统的工作原理。书中除了介绍传统的指令系统、运算器、存储器、控制器、输入输出系统与总线外，还汇集了数字电路分析与设计、汇编语言程序设计以及操作系统等内容。其中，控制器部分在整合前面所学知识的基础上，通过一个实例阐述了计算机的工作原理；输入输出系统部分侧重于从微机接口与应用的角度来介绍；操作系统则从资源管理的角度进行阐述。

前言

第1章概述

11计算机的发展历史

111计算机的产生与发展

112微型计算机的出现与发展

113软件技术的兴起与发展

12计算机系统结构组成

121存储程序原理

122计算机硬件组成

123计算机软件组成

124计算机系统层次结构

13程序在计算机中的执行过程

131计算机执行的简单实例

132从高级语言到机器语言

133硬件执行机器语言

134操作系统和服务程序的作用

14计算机性能评价

141计算机硬件技术指标

142计算机性能评价准则

15计算机的应用与发展

151计算机的应用

152计算机的发展

习题

第2章数字电路分析与设计

21布尔代数

211布尔代数及其基本运算

212布尔代数的基本公式

213布尔函数及其表示方法

214布尔函数的化简与实现

22组合逻辑电路分析与设计

221组合逻辑电路的分析

222组合逻辑电路的设计

23同步时序逻辑电路分析与设计

231引言

232触发器

233同步时序逻辑电路的分析

234同步时序逻辑电路的设计

习题

第3章运算方法和运算器

31数据表示方法

311数据格式

312数的机器码表示

313字符与字符串的表示方法

314可靠性编码

32基本运算

321逻辑运算

322算术运算

323移位运算

33定点运算

331加减法运算

332定点乘法运算

*333定点除法运算

34定点运算器的组成

341多功能算术逻辑运算单元

342内部总线

343定点运算器的基本结构

35浮点运算方法和浮点运算器

351浮点加（减）法运算

352浮点乘（除）法运算

*353浮点运算器

习题

第4章指令系统与汇编语言程序
设计

41指令系统概述

428086微机硬件结构简介

4218086 CPU及其寄存器

4228086微机系统的主存储器与
堆栈

4238086 CPU能直接处理的数据
及其存放形式

43指令格式

431指令长度

432操作码结构

433地址码结构

4348086 CPU指令格式

44寻址方式

441概述

4428086汇编语言与寻址方式有关
的一些定义和约定

443立即（数）寻址

444直接寻址

445寄存器寻址

446寄存器间接寻址

447基址寻址

448变址寻址

449相对寻址

4410基址变址寻址

45指令与指令类型

451传送类指令

452算术运算类指令

453位操作类指令

*454串操作类指令

455程序控制类指令

*456处理器控制类指令

468086汇编语言

461概述

462汇编语言源程序的结构

463伪指令

47子程序设计

48系统功能调用

习题

第5章存储器

51存储器概述

511存储器的基本概念

512存储器的分类

513存储器的层次结构

52主存储器

521概述

522随机存储器

523只读存储器

524半导体存储器的连接

53高速缓存

531高速缓存的工作原理

532高速缓存主存地址映射

533高速缓存的分类

534高速缓存的替换策略

54辅助存储器

541概述

542硬磁盘存储器

543光盘存储器

544闪存

习题

第6章控制器

61构造一个计算机

611实例计算机结构

612指令系统

613指令格式

614计算机执行过程

62控制器基本设计方法

621指令周期

622控制器基本组织

623微操作

624控制器设计方法

63微操作技术

631微操作安排

632微操作控制信号设计

633微操作组合电路实现

64微程序技术

641基本原理

642微程序控制器构成

643微程序控制器设计

习题

第7章输入输出系统

71输入输出设备

711I/O设备概述

712I/O设备的工作特点

72输入输出接口

721I/O接口的基本作用

722I/O接口的基本组成

723I/O接口的输入输出控制
方法

724I/O接口的编址

73中断方式的输入输出

731中断的基本问题

732中断控制器

733中断系统

74DMA方式的输入输出

741DMA的基本问题

742DMA控制器

75使用输入输出接口与设备

751定时/计数器8253

752异步串行通信接口8250

753并行接口芯片8255A简介

习题

第8章总线

81总线概述

811总线的概念

812总线的分类

82总线的基本问题

821总线的性能参数

822总线设备

823总线控制器

824总线连接方式

825总线复用

826总线定时

827总线仲裁

828总线数据传送方式

83常用的I/O总线

831I/O总线标准

832常用的I/O总线简介

习题

第9章操作系统

91操作系统概述

911什么是操作系统

912操作系统的发展史

913操作系统的分类

914常见操作系统介绍

92操作系统的功能与结构

921操作系统的功能

922操作系统的结构

923Windows操作系统结构剖析

93操作系统运行机制

931中断与异常

932核心态与用户态

933实例程序的执行

94处理机管理

941进程的概念

942进程的表示

943进程的控制



944进程间通信

945进程间同步与互斥

946进程与线程

95存储管理

951存储管理的概念

952连续存储管理方法

953非连续存储管理方法

954虚拟存储器

96设备管理


961设备管理的概念

962设备管理的方法

963Windows设备管理

97文件管理

971文件系统的概念

972文件系统的组织

973文件系统的使用

98作业管理

981用户使用界面

982资源管理接口

99操作系统的安全

991操作系统的安全设计目标

992操作系统的安全设计原则

993Windows操作系统的安全
设计

习题

附录A汇编语言程序的上机实习
指导

附录BASCII字符编码表

参考文献