計算機(jī)組成原理

對計算機(jī)系統(tǒng)的主要組成部分 ——總線、存儲器、輸入/輸出系統(tǒng)、運算器、指令系統(tǒng)、控制器進(jìn)行詳細(xì)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(jìn)行直觀講解，加強(qiáng)讀者理解

羅列計算機(jī)硬件發(fā)展的前沿技術(shù)，擴(kuò)展讀者專業(yè)知識面

“計算機(jī)組成原理”課程是計算機(jī)類專業(yè)的核心課程，理論性較強(qiáng)，部分內(nèi)容對于初學(xué)者來說比較難以理解，需要有較強(qiáng)的數(shù)字電路基礎(chǔ)。本書對計算機(jī)系統(tǒng)的主要組成部分—總線、存儲器、輸入/輸出系統(tǒng)、運算器、指令系統(tǒng)、控制器進(jìn)行了詳細(xì)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(qiáng)讀者的理解。

“計算機(jī)組成原理”課程涵蓋的內(nèi)容比較廣泛，對于計算機(jī)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生來說，掌握本書中的大部分內(nèi)容對于夯實專業(yè)基礎(chǔ)非常重要。在理論講述的同時，本書還羅列了一些計算機(jī)硬件發(fā)展的前沿技術(shù)，擴(kuò)展讀者專業(yè)知識面。

本書可作為本科院校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)工程等專業(yè)的教材，也可供從事計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)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(wǎng)站（http://www.waterpub.com.cn/softdown/）上下載相關(guān)教學(xué)資源。

本書共7章，主要內(nèi)容包括計算機(jī)組成和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緒論、總線系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、輸/入輸出系統(tǒng)、運算系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。本書教學(xué)內(nèi)容比較多，教師可以選擇部分章節(jié)在課堂內(nèi)講解，除課堂時間外，學(xué)生還可利用課余時間進(jìn)行學(xué)習(xí)。

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(tǒng)稿。

對于本書的錯誤和不當(dāng)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(jī)體系結(jié)構(gòu)與組成 1
1.1.1 計算模型和圖靈機(jī) 1
1.1.2 計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的概念 2
1.1.3 計算機(jī)系統(tǒng)層次 4
1.1.4 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類 6
1.2 計算機(jī)系統(tǒng)組成 9
1.2.1 硬件構(gòu)成 9
1.2.2 計算機(jī)性能指標(biāo) 13
1.2.3 計算機(jī)工作過程 14
1.3 計算機(jī)軟件系統(tǒng) 17
1.3.1 軟件發(fā)展歷程 17
1.3.2 軟件分類 18
1.3.3 軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 19
1.4 計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 20
1.4.1 傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域 20
1.4.2 延伸應(yīng)用領(lǐng)域 21
1.5 計算機(jī)技術(shù)發(fā)展展望 24
1.5.1 計算機(jī)發(fā)展趨勢 24
1.5.2 新型計算機(jī)技術(shù) 26
1.6 本章小結(jié) 28
習(xí)題 29
第2章 總線系統(tǒng) 30
2.1 總線體系結(jié)構(gòu) 30
2.1.1 總線體系結(jié)構(gòu)演變歷程 31
2.1.2 現(xiàn)代計算機(jī)總線結(jié)構(gòu) 33
2.2 總線標(biāo)準(zhǔn)化與總線特性 37
2.3 總線分類與性能評價指標(biāo) 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(tǒng)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(yōu)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(jié) 54
習(xí)題 54
第3章 存儲系統(tǒng) 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(nèi)存儲器 61
3.2.1 內(nèi)存條外形 61
3.2.2 內(nèi)存結(jié)構(gòu) 62
3.2.3 內(nèi)存性能 66
3.2.4 動態(tài)內(nèi)存刷新 68
3.2.5 靜態(tài)RAM 71
3.2.6 存儲擴(kuò)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(shè)置Cache的原因 89
3.3.2 Cache地址結(jié)構(gòu)與映射 89
3.3.3 Cache工作機(jī)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(jié)構(gòu)與性能參數(shù) 101
3.4.3 固態(tài)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(tǒng) 113
3.5 本章小結(jié) 118
習(xí)題 118
第4章 輸入/輸出系統(tǒng) 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(jié) 145
習(xí)題 146
第5章 運算系統(tǒng) 147
5.1 無符號數(shù)和有符號數(shù) 147
5.1.1 無符號數(shù) 147
5.1.2 有符號數(shù) 147
5.2 數(shù)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(shù)的四則運算及移位運算 154
5.3.1 定點數(shù)加減運算 154
5.3.2 定點數(shù)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(jié)構(gòu) 186
5.5 算術(shù)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(fā)展 188
5.5.4 快速進(jìn)位鏈及其應(yīng)用 188
5.6 本章小結(jié) 198
習(xí)題 199
第6章 指令系統(tǒng) 201
6.1 機(jī)器指令 201
6.1.1 指令系統(tǒng)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(shè)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(shù)尋址 209
6.4 堆棧與堆棧操作 214
6.4.1 堆棧結(jié)構(gòu) 214
6.4.2 堆棧操作 216
6.5 指令系統(tǒng)應(yīng)用舉例 216
6.6 指令的類型 218
6.6.1 數(shù)據(jù)傳送類指令 218
6.6.2 算術(shù)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(tǒng)的擴(kuò)展 227
6.7 本章小結(jié) 227
習(xí)題 228
第7章 控制系統(tǒng) 229
7.1 CPU控制電路結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)的處理器 236
7.2 控制單元 236
7.2.1 微命令產(chǎn)生部件 237
7.2.2 時序系統(tǒng) 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(shù)據(jù)流 242
7.3.3 指令周期數(shù)據(jù)流舉例 247
7.4 控制器的設(shè)計 248
7.4.1 控制單元的設(shè)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(shè)計 255
7.4.4 微程序控制器的設(shè)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(shù) 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(biāo) 281
7.5.4 影響流水性能的因素 287
7.5.5 高級流水線技術(shù) 295
7.6 本章小結(jié) 300
習(xí)題 300
參考文獻(xiàn) 302

1. 零基礎(chǔ)玩轉(zhuǎn)國產(chǎn)大模型DeepSeek [徐永冰 張帥 編著]
2. 網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)項目管理師考試32小時通關(guān)（適用第4版考綱） [薛大龍]
4. 信息系統(tǒng)管理工程師考試32小時通關(guān)（適配第2版考綱） [薛大龍　劉偉]
5. 土木工程材料檢測實訓(xùn) [洪曉江 達(dá)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(tǒng)山水畫論解讀與實踐 [陳鈉 著]
8. Python數(shù)據(jù)庫編程 [主編 殷樹友 邢 翀]
9. 計算機(jī)基礎(chǔ)實訓(xùn)指導(dǎo) [主編 袁春萍 朱妮]
10. 嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用（數(shù)字教材） [主編 胡娜 楊國勇 晏廷榮]
11. Vienna整流器技術(shù) [桂存兵 著]
12. 變頻器與伺服應(yīng)用 [陳剛 葉云飛]
13. 物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)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?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計 [主編 姜春磊 陳虹潔]
17. 信息技術(shù)基礎(chǔ)（Windows 10+WPS Office）（微課版） [主編　石利平　田輝平　謝盛嘉]
18. 人工智能應(yīng)用 [主編　陳　萍　劉培培　陳孟軍]
19. 大學(xué)生職業(yè)發(fā)展與就業(yè)指導(dǎo) [主編　劉志堅]
20. 高級辦公應(yīng)用項目教程 [主編 屈晶 趙成麗]
21. 微信小程序開發(fā)項目實戰(zhàn)（微課版） [主編 黃龍泉 郭峰 朱倩]
22. 企業(yè)檔案工作實戰(zhàn)寶典百問百答 [華俊 盧秀英 邵甜甜 著]
23. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用 [主編 唐繼勇 葉坤 孫夢娜]
24. 大學(xué)生創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ) [主編 王麗莉 王 楊]
25. 船舶輔機(jī) [主編 王連海 于洋 姜淑翠]
26. 大學(xué)生就業(yè)指導(dǎo) [主編 王麗莉 董宴廷]
27. 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計師章節(jié)習(xí)題與考點特訓(xùn) [主編 薛大龍 鄒月平]
28. 高校學(xué)生工作探索與實踐 [郭亮 著]
29. 大學(xué)生情商管理 [方雄 著]
30. 2023年長沙市會展業(yè)發(fā)展報告 [主編 周棟良]