對計算機系統的主要組成部分 ——總線、存儲器、輸入/輸出系統、運算器、指令系統、控制器進行詳細講解

對每類器件的邏輯組成、物理組成、硬件工作方式、工作流程等展開全面闡述

將重要知識點通過舉例的方式進行直觀講解，加強讀者理解

羅列計算機硬件發展的前沿技術，擴展讀者專業知識面

“計算機組成原理”課程是計算機類專業的核心課程，理論性較強，部分內容對于初學者來說比較難以理解，需要有較強的數字電路基礎。本書對計算機系統的主要組成部分—總線、存儲器、輸入/輸出系統、運算器、指令系統、控制器進行了詳細的講解，對每類器件的邏輯組成、物理組成、硬件工作方式、工作流程等展開了較為全面的闡述，并將一些重要的知識點通過舉例的方式直觀講解，加強讀者的理解。

“計算機組成原理”課程涵蓋的內容比較廣泛，對于計算機相關專業的學生來說，掌握本書中的大部分內容對于夯實專業基礎非常重要。在理論講述的同時，本書還羅列了一些計算機硬件發展的前沿技術，擴展讀者專業知識面。

本書可作為本科院校計算機科學與技術、網絡工程、物聯網工程等專業的教材，也可供從事計算機體系結構與組成研究的人員參考。讀者也可以從出版社電子資源配套網站（http://www.waterpub.com.cn/softdown/）上下載相關教學資源。

本書共7章，主要內容包括計算機組成和系統結構緒論、總線系統、存儲系統、輸/入輸出系統、運算系統、指令系統和控制系統等。本書教學內容比較多，教師可以選擇部分章節在課堂內講解，除課堂時間外，學生還可利用課余時間進行學習。

本書由陳念、計博婧、章哲慶任主編。各章編寫分工如下：第1～3章由陳念編寫，第4、6章由計博婧編寫，第5、7章由章哲慶編寫，全書由陳念統稿。

對于本書的錯誤和不當之處，希望讀者予以指正，以便下次修訂。

編 者

2019年4月

第1章 緒論 1
1.1 計算機體系結構與組成 1
1.1.1 計算模型和圖靈機 1
1.1.2 計算機體系結構的概念 2
1.1.3 計算機系統層次 4
1.1.4 計算機系統結構分類 6
1.2 計算機系統組成 9
1.2.1 硬件構成 9
1.2.2 計算機性能指標 13
1.2.3 計算機工作過程 14
1.3 計算機軟件系統 17
1.3.1 軟件發展歷程 17
1.3.2 軟件分類 18
1.3.3 軟件產業發展趨勢 19
1.4 計算機應用領域 20
1.4.1 傳統應用領域 20
1.4.2 延伸應用領域 21
1.5 計算機技術發展展望 24
1.5.1 計算機發展趨勢 24
1.5.2 新型計算機技術 26
1.6 本章小結 28
習題 29
第2章 總線系統 30
2.1 總線體系結構 30
2.1.1 總線體系結構演變歷程 31
2.1.2 現代計算機總線結構 33
2.2 總線標準化與總線特性 37
2.3 總線分類與性能評價指標 39
2.3.1 總線分類 39
2.3.2 總線性能評測 41
2.4 總線時序 43
2.4.1 系統總線周期 43
2.4.2 總線讀寫周期時序 43
2.5 總線控制 46
2.5.1 總線判優控制 46
2.5.2 通信控制 48
2.5.3 通信控制方式 49
2.6 本章小結 54
習題 54
第3章 存儲系統 56
3.1 存儲分類與存儲體系 56
3.1.1 存儲分類 56
3.1.2 存儲層次和存儲體系 59
3.2 內存儲器 61
3.2.1 內存條外形 61
3.2.2 內存結構 62
3.2.3 內存性能 66
3.2.4 動態內存刷新 68
3.2.5 靜態RAM 71
3.2.6 存儲擴展與連接 76
3.2.7 訪存速度提升措施 82
3.2.8 存儲器校驗 86
3.3 高速緩沖存儲器（Cache） 89
3.3.1 設置Cache的原因 89
3.3.2 Cache地址結構與映射 89
3.3.3 Cache工作機制 95
3.3.4 緩存的類型 98
3.4 輔助存儲器 100
3.4.1 輔存簡介 100
3.4.2 硬盤結構與性能參數 101
3.4.3 固態硬盤 107
3.4.4 磁存取原理與記錄方式 109
3.4.5 磁盤陣列與分布式系統 113
3.5 本章小結 118
習題 118
第4章 輸入/輸出系統 121
4.1 I/O接口概述 121
4.1.1 I/O接口要解決的問題 122
4.1.2 I/O接口的功能 122
4.1.3 CPU與I/O接口信號 124
4.1.4 I/O接口的類型 124
4.2 I/O端口尋址方式 125
4.2.1 存儲器映像的I/O尋址方式 125
4.2.2 I/O端口單獨尋址方式 126
4.3 I/O控制方式 127
4.3.1 無條件傳送方式 127
4.3.2 查詢傳送方式 129
4.3.3 中斷傳送方式 132
4.3.4 DMA方式 137
4.3.5 通道控制方式 140
4.4 本章小結 145
習題 146
第5章 運算系統 147
5.1 無符號數和有符號數 147
5.1.1 無符號數 147
5.1.2 有符號數 147
5.2 數的定點表示與浮點表示 150
5.2.1 定點表示 151
5.2.2 浮點表示 151
5.3 定點數的四則運算及移位運算 154
5.3.1 定點數加減運算 154
5.3.2 定點數的移位運算 159
5.3.3 乘法運算 162
5.3.4 除法運算 170
5.4 浮點四則運算 179
5.4.1 浮點加減運算 179
5.4.2 浮點乘除法運算 183
5.4.3 浮點運算的硬件結構 186
5.5 算術邏輯單元（ALU） 186
5.5.1 ALU的基本信號 186
5.5.2 ALU的電路操作 187
5.5.3 ALU的發展 188
5.5.4 快速進位鏈及其應用 188
5.6 本章小結 198
習題 199
第6章 指令系統 201
6.1 機器指令 201
6.1.1 指令系統概述 201
6.1.2 CISC與RISC 202
6.2 指令格式 203
6.2.1 操作碼 203
6.2.2 地址碼 206
6.2.3 指令格式設計原則 208
6.3 尋址方式 208
6.3.1 指令尋址 208
6.3.2 操作數尋址 209
6.4 堆棧與堆棧操作 214
6.4.1 堆棧結構 214
6.4.2 堆棧操作 216
6.5 指令系統應用舉例 216
6.6 指令的類型 218
6.6.1 數據傳送類指令 218
6.6.2 算術運算類指令 220
6.6.3 邏輯運算類指令 222
6.6.4 移位指令 222
6.6.5 程序控制類指令 224
6.6.6 字符串操作類指令 226
6.6.7 指令系統的擴展 227
6.7 本章小結 227
習題 228
第7章 控制系統 229
7.1 CPU控制電路結構 229
7.1.1 CPU的功能 229
7.1.2 CPU的基本組成 230
7.1.3 CPU的寄存器 232
7.1.4 馮•諾依曼結構和哈佛結構的處理器 236
7.2 控制單元 236
7.2.1 微命令產生部件 237
7.2.2 時序系統 237
7.2.3 控制器分類 240
7.3 指令周期 240
7.3.1 指令周期的基本概念 240
7.3.2 指令周期的數據流 242
7.3.3 指令周期數據流舉例 247
7.4 控制器的設計 248
7.4.1 控制單元的設計方法 248
7.4.2 控制信號分析 249
7.4.3 組合邏輯控制器的設計 255
7.4.4 微程序控制器的設計 260
7.4.5 組合邏輯控制器和微程序控制器的比較 275
7.5 指令流水線技術 276
7.5.1 指令流水線的原理 276
7.5.2 流水線的分類 279
7.5.3 流水線的性能指標 281
7.5.4 影響流水性能的因素 287
7.5.5 高級流水線技術 295
7.6 本章小結 300
習題 300
參考文獻 302

1. 零基礎玩轉國產大模型DeepSeek [徐永冰 張帥 編著]
2. 網絡工程師5天修煉（適配第6版考綱） [主編　朱小平 施游]
3. 信息系統項目管理師考試32小時通關（適用第4版考綱） [薛大龍]
4. 信息系統管理工程師考試32小時通關（適配第2版考綱） [薛大龍　劉偉]
5. 土木工程材料檢測實訓 [洪曉江 達則曉麗 錢波]
6. 科技信息檢索與論文寫作實用教程 [李振華]
7. 傳統山水畫論解讀與實踐 [陳鈉 著]
8. Python數據庫編程 [主編 殷樹友 邢 翀]
9. 計算機基礎實訓指導 [主編 袁春萍 朱妮]
10. 嵌入式人工智能技術應用（數字教材） [主編 胡娜 楊國勇 晏廷榮]
11. Vienna整流器技術 [桂存兵 著]
12. 變頻器與伺服應用 [陳剛 葉云飛]
13. 物聯網工程設計與實踐 [湯琳 李敏]
14. 爐邊夜話——深入淺出話AI [汪建　著]
15. 電商運營與管理 [鐘肖英 陳瀟]
16. Java面向對象程序設計 [主編 姜春磊 陳虹潔]
17. 信息技術基礎（Windows 10+WPS Office）（微課版） [主編　石利平　田輝平　謝盛嘉]
18. 人工智能應用 [主編　陳　萍　劉培培　陳孟軍]
19. 大學生職業發展與就業指導 [主編　劉志堅]
20. 高級辦公應用項目教程 [主編 屈晶 趙成麗]
21. 微信小程序開發項目實戰（微課版） [主編 黃龍泉 郭峰 朱倩]
22. 企業檔案工作實戰寶典百問百答 [華俊 盧秀英 邵甜甜 著]
23. 計算機網絡原理及應用 [主編 唐繼勇 葉坤 孫夢娜]
24. 大學生創業基礎 [主編 王麗莉 王 楊]
25. 船舶輔機 [主編 王連海 于洋 姜淑翠]
26. 大學生就業指導 [主編 王麗莉 董宴廷]
27. 系統架構設計師章節習題與考點特訓 [主編 薛大龍 鄒月平]
28. 高校學生工作探索與實踐 [郭亮 著]
29. 大學生情商管理 [方雄 著]
30. 2023年長沙市會展業發展報告 [主編 周棟良]