本书是哈尔滨工业大学国家级优秀教学团队的建设成果，内容包括14章：绪论，计算机中信息的表示与运算，处理器，控制器，总线技术，存储系统，8086/8088汇编语言程序设计，计算机外部设备，输入/输出接口，操作系统概论，文件管理，进程管理，存储管理，I/O管理等。图灵机模型、数制及其转换、相联存储器等内容以附录形式给出，涵盖了计算机组成、操作系统与汇编程序设计的主要内容。本书的内容深度适宜，与技术发展保持同步；行文流畅，深入浅出，文理兼容。例题涵盖了从2009年到2013年五年的计算机专业硕士研究生入学全国统一考试全部试题的详尽解答，实用性强。并为任课老师免费提供教学课件等资源。
本书突出“内容全面、习题和例题丰富”的特色，适应国际计算机教育发展的新要求，强调培养计算机相关专业大学生对计算机系统的全面认知与设计开发能力。
本书全面系统地介绍了计算机组成与操作系统的基本原理和基本概念，主要内容包括计算机的发展历程、计算机的基本组成与工作原理、计算机的分类与性能评价、多核处理器、信息在计算机中的表示与运算方法、计算机指令与指令集、CISC与RISC、处理器的基本组成、控制器的组成与工作原理、存储器与存储系统（含Cache）、总线技术、8086/8088汇编语言程序设计、I/O接口、中断系统、外部设备（如键盘、鼠标、显示器、硬盘、光盘）、操作系统的基本概念与功能、文件系统的基本概念与实现、进程管理与处理器调度、内存管理与虚拟存储器。此外，附录中还介绍了图灵机模型、数制及其转换、相联存储器。
本书行文流畅，深入浅出。例题涵盖了2009～2014年的计算机专业硕士研究生入学全国统一考试试题的详尽解答，实用性强。
本书可作为计算机科学与技术、软件工程、物联网工程、信息安全、信息管理与信息系统、信息与计算科学、生物信息技术等专业的“计算机组成原理”“操作系统”“计算机系统”“微机原理”“计算机组成与操作系统”课程的教材，也可供准备参加计算机专业硕士研究生入学全国统一考试的考生、计算机行业的工程技术人员以及其他自学者学习参考。
目前计算机的发展已经进入“后PC”时代，移动互联网、物联网、智能手机的快速发展，不仅改变了计算机的形态，而且提高了对计算机相关专业学生的知识结构和能力水平的要求。培养计算机相关专业学生对计算机系统的全面认知与设计开发能力已经成为国际计算机教育领域的普遍共识。
通过本书的学习，读者不仅可以了解计算机硬件以及核心软件操作系统的工作原理和协同技术，而且可以掌握汇编语言程序设计的基本方法，对计算机系统有全面的认知，初步具备计算机系统的设计开发能力和解决问题的能力，建立起计算思维和创新意识。
本书内容新颖、全面，实用性强。它的特点是：
①内容全面，深度适宜，与技术发展保持同步。
本书涵盖了计算机组成原理、操作系统和汇编语言程序设计三门课程的全部内容，介绍了Unicode字符集、多核处理器和铁电存储器等前沿技术。事实上，本书还覆盖了截至2014年10月的计算机技术的最新成果。
②通过全面认识计算机系统，培养学生的计算思维和创新意识，提高他们解决问题的能力。
本书对计算机的基本硬件与核心软件进行了深入的论述，使学生全面认识计算机系统，领会到计算思维的核心就是抽象和自动化以及计算思维就在我们身边，帮助学生打破计算机的神秘感，培养学生的计算思维和创新意识，提高他们解决问题的能力。
③例题和习题丰富、形式多样、实用性强。
本书的例题涵盖了2009～2014年的计算机专业硕士研究生入学全国统一考试的试题。读者不仅可以从本书得到对这些试题的详尽解答，而且可以根据不同章节试题类例题的多少了解考试的重点和难点。每一章都配有丰富的习题，题型有简答题、填空题、选择题、设计题，甚至提供了学习型习题。读者可以通过阅读习题掌握新的知识，并应用这些知识独立解决问题。
本书既可作为计算机科学与技术、软件工程、物联网工程、信息安全、信息管理与信息系统、信息与计算科学、生物信息技术等专业的“计算机组成原理”“操作系统”“计算机系统”“微机原理”“计算机组成与操作系统”课程的教材，也可供准备参加计算机专业硕士研究生入学全国统一考试的考生、计算机行业的工程技术人员以及其他自学者学习参考。
本书由哈尔滨工业大学的李东教授、陈源龙博士以及哈尔滨工业大学（威海分校）的朱东杰博士共同编写。其中，第1～6章由李东编写，第7～9章由陈源龙编写，第10～14章由朱东杰编写，且李东教授负责全书统稿。哈尔滨工业大学计算机学院的史先俊、舒燕君、徐冰、黄庆成、刘松波、王伟、吴锐、张宇、孙春奇、程丹松、张英涛，以及哈尔滨工业大学（威海分校）计算机学院的柏军、张策、何辉、石代锋参与了书中例题和习题的编撰工作。吉帅、聂建宏、王文邦、郑钰、范晟铭、潘辉等协助完成书稿的校对工作。
机械工业出版社华章分社的朱劼编辑也为本书的出版提供了大量的帮助，并提出指导性建议，谨此表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中难免会有疏漏和错误，恳请读者批评指正。读者若有反馈意见或同行教师若有教学心得，欢迎联系我们：Lee@hit.edu.cn。
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编 者
2015年7月
李东：暂无
朱东杰：暂无
陈源龙：暂无
前言
第1章 计算机系统引论1
1.1 计算机系统概论1
1.1.1 计算机系统中的硬件和软件1
1.1.2 冯·诺依曼计算机模型3
1.1.3 计算机硬件的基本组成5
1.1.4 计算机的体系结构、组成与实现6
1.1.5 操作系统与计算机系统的层次结构9
1.2 计算机的发展历程12
1.3 计算机系统的分类17
1.3.1 概述 17
1.3.2 弗林分类法18
1.4 计算机的性能评价指标19
1.5 微处理器与微型计算机25
1.5.1 微处理器与微型计算机的产生与发展25
1.5.2 多核处理器28
1.6 中国计算机事业的发展历程30
1.7 计算机的应用及发展趋势32
1.7.1 计算机的应用32
1.7.2 计算机发展的动力36
1.7.3 计算机的发展趋势37
第2章 计算机中信息的表示与运算40
2.1 数据的表示40
2.1.1 定点数的表示40
2.1.2 浮点数的表示44
2.2 定点数的运算50
2.2.1 逻辑运算50
2.2.2 移位运算51
2.2.3 加法与减法运算53
2.2.4乘法运算57
2.2.5除法运算63
2.2.6算术逻辑单元67
2.3浮点数的运算71
2.3.1浮点数加、减运算71
2.3.2浮点数乘、除运算74
2.4面向错误检测与纠错的数据编码74
2.5字符与字符串79
2.6面向存储与传输的数据编码83
第3章处理器87
3.1处理器的指令集87
3.1.1概述87
3.1.2指令的操作码与操作数88
3.1.3 寻址方式89
3.1.4指令的基本功能与指令集设计93
3.1.5指令的格式98
3.1.6面向多媒体处理的增强指令101
3.2处理器的组成与工作过程103
3.2.1处理器的基本功能和基本组成103
3.2.2 计算机的工作过程107
3.2.3采用流水线技术的处理器108
3.3从CISC到RISC114
3.3.1RISC产生的背景114
3.3.2RISC的定义116
3.3.3 指令级并行技术117
3.4Intel 80x86系列微处理器125
3.4.1Intel 8086/8088 微处理器125
3.4.2Intel 80286、80386和80486
微处理器133
3.4.3 Intel Pentium系列微处理器136
3.5ARM系列微处理器139
3.5.1 概述 139
3.5.2ARM微处理器的模式、工作
状态和寄存器组织140
3.5.3ARM微处理器的存储器组织
和寻址方式143
3.5.4ARM微处理器的指令集146
第4章控制器153
4.1概述153
4.2硬布线控制器158
4.3微程序控制器161
第5章总线技术167
5.1 概述 167
5.2 总线的设计与实现170
5.3总线控制173
5.3.1总线仲裁173
5.3.2总线通信控制177
5.4 总线的性能指标180
5.5 总线标准183
5.5.1微型计算机的系统总线标准183
5.5.2 微型计算机的局部总线标准186
5.5.3 I/O总线标准举例187
第6章 存储系统190
6.1 存储器的分类与性能评价190
6.1.1 存储器的分类190
6.1.2 存储器的性能评价190
6.2 存储器访问的局部性原理与层次
结构的存储系统191
6.2.1 存储器访问的局部性原理191
6.2.2 层次结构的存储系统191
6.3 半导体存储器193
6.3.1 随机访问半导体存储器193
6.3.2 只读存储器200
6.4 主存储器203
6.4.1 主存储器的组成203
6.4.2 提高主存储器访问带宽的方法206
6.4.3Pentium微处理器的主存储器
组成209
6.4.4存储芯片的发展210
6.5 高速缓冲存储器213
6.5.1 Cache的工作原理213
6.5.2地址映像与变换216
6.5.3 替换算法221
6.5.4 写入策略223
6.5.5 两级Cache与分裂型Cache224
6.5.6 Cache的性能评价224
第7章 8086/8088汇编语言程序设计228
7.1 引言228
7.1.1汇编语言的基本概念与学习
汇编语言的重要性228
7.1.28086/8088汇编语言的
基本语法229
7.2 顺序程序设计233
7.2.1概述233
7.2.2寻址方式的表示234
7.2.3表达式的使用236
7.2.4 属性取代符238
7.2.5 属性分离符/数值回送操作符239
7.2.6运算符的优先级241
7.2.7 乘除法运算的实现241
7.2.8 算术移位和逻辑移位243
7.3 分支结构程序设计244
7.4循环结构程序设计247
7.5 字符串操作程序设计254
7.6宏、条件汇编与重复汇编257
7.7 子程序设计263
7.8 8086/8088微处理器的其他指令
与应用270
第8章计算机的外部设备274
8.1 输入设备274
8.1.1 键盘274
8.1.2 鼠标276
8.2 输出设备277
8.2.1 阴极射线管显示器277
8.2.2 平板显示器282
8.2.3 打印机283
8.3 辅存设备285
8.3.1 硬盘285
8.3.2 光盘288
8.3.3 U盘和固态硬盘289
第9章 I/O接口291
9.1 I/O技术的发展291
9.2 I/O接口的组成与工作原理293
9.3 中断系统297
9.3.1 中断的处理过程297
9.3.2中断屏蔽300
9.3.3 中断控制器8259A302
9.3.4 8086/8088微处理器的中断
系统304
9.4 DMA技术306
9.5 通道技术309
第10章 操作系统概述311
10.1 操作系统的概念、特征、功能和
提供的服务311
10.1.1 操作系统的概念311
10.1.2 操作系统的特征312
10.1.3 操作系统的功能313
10.1.4 操作系统提供的服务313
10.2 操作系统的发展与分类314
10.2.1 操作系统的发展314
10.2.2 操作系统的分类317
10.3 操作系统的运行环境318
10.3.1 内核态与用户态318
10.3.2 中断与异常318
10.3.3 系统调用318
10.3.4 操作系统的启动过程319
10.4 现代操作系统的新发展320
第11章 I/O管理321
11.1 概述321
11.2 I/O核心子系统324
11.2.1 I/O调度324
11.2.2 高速缓存与缓冲区325
11.2.3 设备分配与回收325
11.2.4 假脱机技术326
11.2.5 I/O出错处理327
第12章 文件管理328
12.1 文件系统基础328
12.1.1 文件概念328
12.1.2 文件的逻辑结构329
12.1.3 目录结构330
12.1.4 文件共享332
12.1.5 文件的访问控制333
12.2 文件系统的实现335
12.2.1 文件系统的层次结构335
12.2.2 目录的实现336
12.2.3 文件的实现336
12.3 磁盘组织与管理340
12.3.1 磁盘的组织340
12.3.2 磁盘调度算法341
12.3.3 磁盘中物理块的优化分布342
12.3.4 磁盘的错误处理343
第13章 进程管理与处理器调度345
13.1 进程的状态与转换345
13.2 进程的组织与控制347
13.2.1 进程组织347
13.2.2 进程控制348
13.3 进程的同步与互斥351
13.4 进程间通信362
13.5 死锁及其处理363
13.6 处理器调度366
13.7 线程的概念与多线程模型370
第14章 内存管理与虚拟存储器373
14.1 内存管理基础373
14.2 连续分配的内存管理375
14.3 非连续分配的内存管理378
14.3.1 段式存储管理378
14.3.2 页式存储管理379
14.3.3 段页式存储管理381
14.4 虚拟存储器382
14.5 页面替换与页面分配386
14.5.1 页面替换386
14.5.2 页面分配387
14.6 Cache与虚拟存储器的协同390
附录394
附录A 图灵机模型394
附录B 图灵奖历年获得者394
附录C 数制及其转换397
附录D EBCDIC码400
附录E 8086/8088指令格式401
附录F 相联存储器402
参考文献404
