本书作为主教材《数字逻辑与计算机组成》的学习辅导用书，主要对主教材每个章节的学习目标、基本要求、主要内容、基本术语、常见问题等给出系统性的说明和解答，提供大量单选题和分析应用题，并配有答案解析。本书设计了与理论教学内容同步的课内综合实验大作业，读者可以按照书中的原理和步骤自行动手实践，以巩固所学的理论知识。本书可以作为高等院校计算机专业本科生或高职高专学生数字逻辑电路和计算机组成原理课程的教学辅助教材，也可以作为计算机技术人员的参考书。
以新兴开放指令集架构RISC-V为模型机
提供全新设计的习题与答案解析
配套综合实验，动手实践单周期CPU的设计与验证
传统课程体系中，“数字逻辑电路”和“计算机组成原理”是两门密切相关但独立开设的课程，通常，“数字逻辑电路”是“计算机组成原理”的先导课。实际上，这两门课程涉及的内容在计算机系统层次结构中关联的抽象层是交叉重叠的，它们之间有比较多的重复知识点。将两门课程合并成一门课程，除了可以用更少的学时达到更高的学习目标外，还更加有利于将数字逻辑电路和计算机组成两者之间的相关知识融会贯通，从而更加有利于深刻理解计算机系统的硬件设计与实现机理。
2020年10月机械工业出版社出版的由本书作者编写的主教材《数字逻辑与计算机组成》（ISBN 978-7-111-66555-7），主要介绍数字逻辑电路和单处理器计算机基本组成涉及的相关内容。由于主教材涵盖传统课程体系中两门课程的内容，因此涵盖面广、细节内容多、篇幅较大。而主教材的使用者多为专业基础薄弱的低年级学生，如南京大学计算机系和人工智能学院就在大一（下）开设了“数字逻辑与计算机组成”课程。显然，这门课程对于大学一、二年级的学生来说学习难度较大，课程内容具有较大的挑战性。
为了使学生能够更好地理解主教材中的基本概念和基本原理，为后续课程的学习打下坚实基础，作者编写了这本辅助教材。在本辅助教材的第一部分“课程概述与习题解答”中，对主教材每一章的内容进行了概括总结，特别给出了以下6个方面的辅助学习内容。
（1）学习目标和要求。给出相应章节的总体学习目标和基本要求，并较为详细地说明课堂内容和学生课后阅读内容的安排。
（2）主要内容提要。对主教材中相应章节的内容进行浓缩，形成主干知识框架结构，便于学生将全书内容串接起来，形成本课程的知识框架体系。
（3）基本术语解释。对主教材相应章节所涉及的基本术语进行解释说明，并给出名词术语的中英文对照。
（4）常见问题解答。提供主教材相应章节的常见问题，并给出对每个问题的解释说明。这些常见问题是作者在长期的教学过程中发现的普遍存在于学生中的共性问题。
（5）单项选择题。提供主教材相应章节内容的单项选择练习题及其参考答案，并对部分习题的答案进行分析解答。
（6）分析应用题。提供主教材相应章节内容的分析应用题及其分析解答。
单项选择题和分析应用题这两个方面的辅助学习内容，主要是为了巩固学生所学的基本原理而设置的。通过对一些具体问题的分析，能够提高学生对基本原理的认识。为了避免在使用主教材进行教学时有学生从辅助教材的习题解答中直接抄写答案，本辅助教材给出的题目中，除了极少数题目与主教材中的习题相同外，绝大部分题目都与主教材中的习题不相同。
为了降低低年级学生学习该课程的难度，让他们更好地通过动手实践来理解课程教学内容，培养学习兴趣，提升硬件设计能力，加强对软硬件关联关系的深刻理解，在本辅助教材第二部分“课内综合实验大作业”中，设计了一个包含6个小实验的单周期CPU设计与程序验证综合实验。该综合实验基于仿真软件Logisim和RISC-V模拟器RARS而设计，以RISC-V单周期CPU设计与程序验证为目标，将教学内容的各部分贯穿起来，最终让学生通过编写并运行测试程序来验证自己设计的CPU。
本书作为主教材的教学辅助资料，可以与主教材配套使用。同时，本书相对独立、自成体系，因此也可单独使用。本书既可以作为学生学习“数字逻辑与计算机组成”“数字逻辑电路”或“计算机组成原理”等课程的学习参考书，也可作为这些课程的教师参考书。
本书第一部分中，袁春风负责编写第1、3、6、7、8、9、10章，吴海军负责编写第2章，武港山负责编写第4章，余子濠负责编写第5章；第二部分（第11章）由吴海军、袁春风共同编写。
本书的编写得到了南京大学“数字逻辑与计算机组成”课程组教师和助教的大力支持，他们在教材内容的组织和实验内容的设计等方面提出了很好的建议，非常感谢！同时，特别感谢机械工业出版社为本书的编写和出版工作提供了极大的支持，特别感谢本书的责任编辑曲熠女士，她极其专业且非常细致的审校和编辑工作为本书的出版质量提供了可靠的保证。
由于数字逻辑与计算机组成相关基础理论和技术在不断发展，新的思想、概念、技术和方法不断涌现，加之作者水平有限，因此在编写中难免存在不当或遗漏之处，恳请同行专家和广大读者对本书的不足之处给予指正，以便在后续的版本中予以改进。
作者于南京
2021年11月
计算机\计算机组成
本书是主教材《数字逻辑与计算机组成》的辅助教材，旨在降低高等学校低年级本科生的学习难度，帮助学生更好地掌握主教材中的基本概念和基本原理，同时通过综合实验提升学生的硬件设计能力以及对软硬件关联关系的理解。
本书特色
第一部分“课程概述与习题解答”主要对主教材每一章的内容进行概括总结，涵盖学习目标和要求、主要内容提要、基本术语解释、常见问题解答、单项选择题和分析应用题。这部分可帮助学生明确主干知识框架，并通过练习来巩固理论知识。特别是，本书提供大量与主教材不同的习题，并配有答案解析。
第二部分“课内综合实验大作业”共包含6个实验，基于仿真软件Logisim和RISC-V模拟器RARS，以RISC-V单周期CPU设计与程序验证为目标，最终让学生通过测试程序来验证自己设计的CPU。这部分可培养学生的学习兴趣，让他们通过动手实践来理解理论知识，进而做到融会贯通。
丛书序言
前言
第一部分 课程概述与习题解答
第1章 二进制编码2
1.1 学习目标和要求2
1.2 主要内容提要3
1.3 基本术语解释5
1.4 常见问题解答9
1.5 单项选择题15
1.6 分析应用题20
第2章 数字逻辑基础30
2.1 学习目标和要求30
2.2 主要内容提要31
2.3 基本术语解释32
2.4 常见问题解答33
2.5 单项选择题36
2.6 分析应用题37
第3章 组合逻辑电路53
3.1 学习目标和要求53
3.2 主要内容提要54
3.3 基本术语解释55
3.4 常见问题解答56
3.5 单项选择题57
3.6 分析应用题58
第4章 时序逻辑电路70
4.1 学习目标和要求70
4.2 主要内容提要71
4.3 基本术语解释73
4.4 常见问题解答74
4.5 单项选择题75
4.6 分析应用题77
第5章 FPGA设计和硬件描述语言84
5.1 学习目标和要求84
5.2 主要内容提要85
5.3 基本术语解释86
5.4 常见问题解答88
5.5 单项选择题90
5.6 分析应用题91
第6章 运算方法和运算部件98
6.1 学习目标和要求98
6.2 主要内容提要99
6.3 基本术语解释101
6.4 常见问题解答103
6.5 单项选择题105
6.6 分析应用题110
第7章 指令系统124
7.1 学习目标和要求124
7.2 主要内容提要125
7.3 基本术语解释128
7.4 常见问题解答134
7.5 单项选择题139
7.6 分析应用题145
第8章 中央处理器159
8.1 学习目标和要求159
8.2 主要内容提要161
8.3 基本术语解释167
8.4 常见问题解答173
8.5 单项选择题184
8.6 分析应用题193
第9章 存储器层次结构218
9.1 学习目标和要求218
9.2 主要内容提要219
9.3 基本术语解释223
9.4 常见问题解答229
9.5 单项选择题234
9.6 分析应用题241
第10章 系统互连及输入/输出256
10.1 学习目标和要求256
10.2 主要内容提要258
10.3 基本术语解释261
10.4 常见问题解答267
10.5 单项选择题274
10.6 分析应用题282
第二部分 课内综合实验大作业
第11章 单周期CPU设计与验证294
实验1：基本逻辑部件设计296
实验2：组合逻辑电路设计310
实验3：同步时序电路设计319
实验4：加法器和ALU设计332
实验5：取指令部件设计344
实验6：单周期CPU设计与测试354
