本书以计算机组成结构为中心，讲述计算机硬件系统中各大部分的组成原理。全书共分8章，内容包括：计算机系统概论、数据编码和数据运算、存储器系统、指令系统、中央处理器、系统总线、外围设备、输入输出系统。每章由4部分构成，即基本概念、基本理论、典型例题和习题。考点精要部分高度概括了本章知识内容及注意要点；例题解析部分详尽地解答了精选的典型例题，各题都包含有相关知识、例题分析和例题答案；习题及参考答案收集了大量的相关试题并给出了相应的参考答案。 本书是大学生学习计算机硬件的配套教材，也可作为研究生、教师、科技人员深入学习计算机组成原理的参考资料。

目 录
第1章 概论 1
1.1 基本概念 1
1.2 基本理论 4
1.2.1 计算机的发展 4
1.2.2 计算机的特点及应用 5
1.2.3 计算机的类型及发展方向 5
1.2.4 计算机系统的组成 6
1.2.5 计算机系统的层次结构 7
1.2.6 计算机的硬件系统 7
1.2.7 计算机的软件系统 9
1.2.8 冯•诺依曼结构及特点 10
1.2.9 运算器的基本功能 10
1.2.10 存储器的类型和操作 11
1.2.11 计算机系统结构 研究的内容 11
1.2.12 冯•诺依曼结构计算机 主要的外特性 11
1.2.13 影响计算机系统 结构的因素 12
1.2.14 并行性的开发途径 12
1.2.15 计算机性能评价的方法 13
1.2.16 简单的计算机性能分析 13
1.2.17 计算机性能评价 14
1.2.18 计算机性能测试方法 14
1.2.19 阿姆达尔定律 15
1.2.20 计算机主要性能指标 16
1.3 典型例题 16
1.4 习题 31
第2章 数据编码和数据运算 38
2.1 基本概念 38
2.2 基本理论 40
2.2.1 数制的转换 40
2.2.2 定点数的编码 40
2.2.3 十进制数的编码 41
2.2.4 补码加减法运算的特点 41
2.2.5 溢出的检测方法 41
2.2.6 原码一位乘法 42
2.2.7 补码一位乘法 42
2.2.8 原码除法 42
2.2.9 补码除法 43
2.2.10 商和余数的校正 43
2.2.11 逻辑运算 43
2.2.12 定点运算器的组成和结构 44
2.2.13 数在计算机中的编码表示 45
2.2.14 字符在计算机中的 编码表示 46
2.2.15 定点数的加减乘除运算 47
2.2.16 浮点数运算与 浮点运算器 48
2.2.17 机器数中真值0的 表示方法 49
2.2.18 各种机器数的主要区别 49
2.2.19 浮点数阶码的移码表示法 49
2.2.20 ASCII码的编码规律 50
2.2.21 奇偶校验码与奇偶校验位 50
2.2.22 海明码的构成 51
2.2.23 浮点数表示法 51
2.3 典型例题 53
2.4 习题 89
第3章 存储系统 96
3.1 基本概念 96
3.2 基本理论 98
3.2.1 存储器的构成及分类 98
3.2.2 存储器系统层次 98
3.2.3 提高动态存储器芯片 速度的方法 99
3.2.4 层次化存储结构 100
3.2.5 RAM的组织 100
3.2.6 层次化存储系统 101
3.2.7 高速缓冲存储器内容的 替换和主存内容的更新 101
3.2.8 虚拟存储器管理 101
3.2.9 页式虚拟存储器的管理 102
3.2.10 段式虚拟存储器的管理 102
3.2.11 段页式虚拟存储器 103
3.2.12 随机访问存储器 104
3.2.13 只读存储器 104
3.2.14 相联存储器 105
3.2.15 存储器扩展的方法 105
3.2.16 高速缓存的工作原理 105
3.2.17 高速缓存的地址映像方式 106
3.2.18 高速缓存地址段 长度的计算 106
3.2.19 高速缓存的替换 和更新策略 107
3.2.20 高速缓存的性能分析 108
3.2.21 高速缓存失效的原因 108
3.2.22 降低高速缓存 失效率的方法 109
3.2.23 减少高速缓存失效 时间的方法 109
3.2.24 减少高速缓存命中 时间的方法 109
3.2.25 高速缓存与虚拟 存储器的异同 110
3.2.26 存储元与存储单元的 异同及关系 110
3.2.27 动态存储器刷新的 原因和方法 110
3.2.28 地址译码的工作 方式及优缺点 110
3.2.29 解决CPU与主存速度 差异的方法 111
3.2.30 系统引入高速缓冲 存储器的理论依据 111
3.2.31 动态存储器的刷新过程 111
3.2.32 动态存储器的刷新方式 111
3.2.33 动态存储器的特点 112
3.2.34 动态存储器与静态 存储器的比较 112
3.2.35 存储区域保护 112
3.2.36 CPU对主存的基本操作 113
3.2.37 磁盘外存储器的分类 114
3.3 典型例题 114
3.4 习题 147
第4章 指令系统 154
4.1 基本概念 154
4.2 基本理论 155
4.2.1 操作数的类型和存储方式 155
4.2.2 数据的寻址方式 155
4.2.3 指令类型 156
4.2.4 CISC和RISC 157
4.2.5 编址技术 157
4.2.6 寻址方式 158
4.2.7 指令格式设计 应遵循的原则 158
4.2.8 指令格式 159
4.2.9 指令操作码的扩展技术 160
4.2.10 操作码的编码 161
4.2.11 指令系统的组成 161
4.2.12 存储器堆栈栈指针的修改 162
4.2.13 转移和转子指令的区别 162
4.2.14 输入/输出指令 162
4.3 典型例题 163
4.4 习题 193
第5章 中央处理器 199
5.1 基本概念 199
5.2 基本理论 200
5.2.1 中央处理器的基本组成 200
5.2.2 中央处理器的功能 200
5.2.3 CPU的数据通路 200
5.2.4 时序信号和时序 信号产生器 201
5.2.5 硬连线控制器的 基本结构和原理 201
5.2.6 硬连线控制器的设计思想 201
5.2.7 硬连线控制器的 一般设计方法 202
5.2.8 阵列逻辑控制器 202
5.2.9 控制器的类型 203
5.2.10 指令周期的类型 203
5.2.11 指令周期流程图 204
5.2.12 微程序和微指令 204
5.2.13 微程序控制器原理 204
5.2.14 指令执行的基本过程 205
5.2.15 微程序控制器基本结构 206
5.2.16 水平型微指令和 垂直型微指令 207
5.2.17 指令流和数据流 207
5.2.18 控制器的基本组成 和硬件实现方法 207
5.2.19 CPU中各类寄存器的功能 208
5.2.20 运算指令、访存指令和 控制指令的指令周期 208
5.2.21 微程序控制器的工作过程 209
5.2.22 微程序控制器的特点 209
5.2.23 微指令的编码方法 209
5.2.24 微指令的格式 210
5.2.25 微地址的形成方法 210
5.2.26 运算器的组成 210
5.2.27 控制器的基本控制方式 211
5.2.28 计算机指令执行的方式 212
5.2.29 微程序控制器中，机器 指令与微指令的关系 212
5.2.30 组合逻辑控制与微程序 控制的各自特点 212
5.2.31 程序与微程序、指令与 微指令的异同 213
5.3 典型例题 213
5.4 习题 238
第6章 系统总线 245
6.1 基本概念 245
6.2 基本理论 246
6.2.1 总线的分类 246
6.2.2 总线的信息传输方式 247
6.2.3 总线接口 248
6.2.4 影响总线带宽的因素 249
6.2.5 系统总线的结构和特点 249
6.2.6 总线宽度与长度 对性能的影响 249
6.2.7 同步通信和异步 通信的优缺点 249
6.2.8 总线通信同步方式 249
6.2.9 总线的控制方式及特点 250
6.3 典型例题 251
6.4 习题 271
第7章 外围设备 278
7.1 基本概念 278
7.2 基本理论 279
7.2.1 显示器的分类及特性 279
7.2.2 显示设备的性能指标 280
7.2.3 显示设备的基本工作原理 280
7.2.4 打印设备 281
7.2.5 显示器的显示模式 281
7.2.6 显示缓冲区(VRAM) 282
7.2.7 字符显示器的工作原理 282
7.2.8 图形显示器的工作原理 283
7.2.9 各类打印机的基本原理 283
7.2.10 打印控制原理 283
7.2.11 绘图机的类型 284
7.2.12 输入设备的类型 284
7.2.13 音频处理基本原理 285
7.2.14 音频识别的方法 285
7.2.15 音频合成的方法 286
7.2.16 音效处理的类型 286
7.2.17 磁存储设备的优缺点 286
7.2.18 磁记录原理 286
7.2.19 磁记录方式 287
7.2.20 硬盘盘片的结构 287
7.2.21 磁盘控制器 288
7.2.22 磁盘控制器的技术指标 288
7.2.23 软盘 289
7.2.24 光磁盘 289
7.2.25 磁盘相关参数 289
7.2.26 光盘存储设备的 理与类型 290
7.2.27 光盘存储系统 290
7.2.28 可擦写型光盘的工作原理 291
7.2.29 光盘信息读取方式 291
7.2.30 光驱的性能指标 291
7.2.31 打印机的分类 292
7.3 典型例题 292
7.4 习题 308
第8章 输入输出系统 315
8.1 基本概念 315
8.2 基本理论 317
8.2.1 外围设备的定时和寻址 317
8.2.2 外围设备的寻址方法 317
8.2.3 I/O接口的组成及功能 317
8.2.4 程序查询方式与程序 中断方式的比较 318
8.2.5 输入输出的特性 318
8.2.6 接口的编址方式及优缺点 318
8.2.7 信息交换的控制方式 319
8.2.8 接口的分类 319
8.2.9 中断的类型 319
8.2.10 中断响应的过程 319
8.2.11 中断请求与裁决 320
8.2.12 多重中断与中断屏蔽 321
8.2.13 中断输入输出接口 322
8.2.14 中断优先权 322
8.2.15 CPU响应中断的条件 323
8.2.16 程序中断的处理过程 323
8.2.17 程序中断的工作过程 325
8.2.18 DMA方式的操作特点 325
8.2.19 DMA使用主存的方式 326
8.2.20 DMA操作过程 (周期挪用方式) 326
8.2.21 DMA传送方式 327
8.2.22 基本的DMA控制器 327
8.2.23 通道的类型 328
8.2.24 通道的功能 328
8.2.25 通道工作过程 328
8.2.26 通道流量的计算 329
8.2.27 通道的工作过程 330
8.2.28 SCSI总线 331
8.2.29 程序中断I/O方式和程序 I/O方式的比较 331
8.2.30 DMA方式与中断 控制方式的比较 332
8.2.31 通道方式与DMA 方式的比较 332
8.3 典型例题 332
8.4 习题 355
附录 习题答案 362