“计算机组成与结构”是计算机专业最重要的基础课程之一，主要以信息在计算机内部的加工、处理为主线介绍计算机的结构、工作原理和功能特性；从一台计算机的整体结构出发，介绍计算机硬件系统内各部件之间的互连、指令系统和指令在计算机中的执行过程；详细地介绍组成计算机各部件的组成原理、逻辑实现和设计方法。全书共10章，主要内容包括计算机系统概论、数据的表示与编码、运算方法与运算部件、指令系统、控制器、存储器件、存储系统、输入输出系统、输入输出设备、现代PC机系统。本书适合计算机及相关专业作为“计算机组成原理”或“计算机组成与结构”课程的教材。

“计算机组成与结构”是计算机专业最重要的基础课程之一。“计算机系统结构”是指汇编语言级的程序员所能了解的计算机的属性，即从计算机系统的外部所能看到的计算机系统的特性（外特性）。“计算机组成原理”是指计算机系统结构的逻辑实现，即进入计算机系统的内部了解计算机系统的各个组成部件的工作原理、逻辑实现和设计方法。“计算机组成与结构”是以计算机组成原理为主、计算机系统结构为辅，以信息在计算机内部的加工、处理为主线，介绍计算机系统的结构、工作原理和功能特性；从一台计算机的整体结构出发，介绍计算机硬件系统内部各部件之间的互连、指令系统和指令在计算机中的执行过程；详细地介绍组成计算机各部件组成原理、逻辑实现和设计方法。
本书在参考了大量教材的基础上，认真地分析了学生学习过程中普遍反映的问题：“知识点多，不易记忆；内容抽象，不好理解；知识离散，越学越乱”，之后对教学大纲规定的内容进行了重新组合。以冯•诺依曼结构为纲，纲举目张。以冯•诺依曼结构的特点为主干，连接计算机的各个组成部分。将那些分散、零碎的知识点一一串联起来，形成一个层次清晰、结构明朗、联系紧密的统一体。以冯•诺依曼的设计思想为基础，讲解各部分的组成结构和工作原理。
本书内容涵盖了2013年计算机学科研究生入学考试大纲（计算机组成原理）的全部知识点，适合计算机及相关专业作为“计算机组成原理”或“计算机组成与结构”课程的教材。全书共分10章，各章内容如下：
第1章 计算机系统概论：首先介绍计算机系统的一些基本概念、发展历程和基本组成，然后介绍计算机系统的性能评测和分类方法。
第2章 数据的表示与编码：现代计算机已不仅是一个计算的工具，而是一个信息处理系统。在计算机的内部，各种信息都必须采用数字化编码的形式来传送、存储和加工。计算机处理的对象是数据，本章重点介绍数据的表示方法及其在计算机中的编码方法。
第3章 运算方法与运算部件：运算器的结构与数值数据的类型、编码和运算方法有关，本章重点介绍不同编码的数值数据的运算方法，由此推出运算器的基本组成。
第4章 指令系统：计算机硬件能够直接识别的命令称为机器指令，计算机系统中所有指令的集合称为指令系统。指令系统是控制器设计的依据，它要由硬件解释并执行；指令系统也是一切软件的基础，它是最低级语言的基本语句集。本章重点介绍指令的设计技术。
第5章 控制器：控制器是计算机的指挥中心和管理机构，通过对存储于存储器中指令的解释，有条不紊地向各个组成部分发出有关的操作命令，指挥计算机的各个部件协调地工作。本章重点介绍控制器的基本工作原理。
第6章 存储器件：存储器是用来存放指令和数据的部件。目前广泛使用的存储器有半导体存储器、磁表面存储器和光盘存储器。本章重点介绍半导体存储器、磁表面存储器和光盘存储器的一些基本知识和读/写原理。
第7章 存储系统：现代计算机中的存储器按其作用分为三种：高速缓存（Cache）、主存和辅存。其中主存是必不可少的存储器，一切要执行的程序和数据都必须在主存中。Cache和辅存都是为了提高存储器的性能而引入的。本章重点介绍存储系统的层次结构和管理模式。
第8章 输入/输出系统：输入/输出系统包括：外部设备（输入/输出设备和辅助存储器）和设备控制器（主机和外围设备之间的控制部件）。设备控制器也称为设备适配器或接口，其作用是控制并实现主机与外围设备之间的数据传送。现代计算机的各个组成部分都是通过总线连接的，总线技术已经得到广泛应用。本章主要介绍设备控制器的工作原理和总线技术。
第9章 输入/输出设备：中央处理器（CPU）和主存储器（MM）构成计算机的主体，称为主机。主机以外的大部分硬设备都称为外部设备或外围设备，简称外设。它包括常用的输入设备、输出设备和辅存。辅存已在第7章做过详细介绍，本章简单介绍常用的输入设备和输出设备。
第10章 现代PC系统：1981年，IBM推出了不需要共享其他计算机的处理、磁盘和打印机等资源，也可以独立运行、完成特定功能的个人计算机（PC）。今天，PC已普及到大众。本章主要介绍现代PC的选配、安装和维护的基本知识。
本课程的教学建议
建议教学学时为64学时，具体安排如下：
第1章 计算机系统概论2学时
第2章 数据的表示与编码8学时
第3章 运算方法与运算部件8学时
第4章 指令系统 6学时
第5章 控制器 12学时
第6章 存储部件 6学时
第7章 存储系统 6学时
第8章 输入/输出系统 6学时
第9章 输入/输出设备 4学时
第10章 现代PC系统 6学时
致谢
本书在编写的过程中得到了相关教师的热心帮助，中国铁道出版社为本书的顺利出版也做了大量的工作，特别是编审专家提出了很多宝贵的意见，在此表示衷心的感谢。本书写作时参考了大量参考文献，在此也向这些文献资料的作者深表谢意。
由于时间仓促，编者水平有限，书中难免有欠妥之处，敬请各位专家、读者批评指正。
编 者
2013年3月

第1章 计算机系统概论 1
1.1 基本概念 1
1.2 计算机发展简史 4
1.3 计算机系统基本组成 7
1.4 计算机系统层次结构 8
1.5 计算机系统工作特点 9
1.6 计算机系统性能评测 9
1.6.1 性能评测 10
1.6.2 主要性能指标 12
1.7 计算机系统分类 12
本章小结 15
习题 16
第2章 数据的表示与编码 17
2.1 信息编码的基本概念 17
2.2 数值数据的表示、转换与运算 18
2.2.1 数值数据的表示方法（数系简介） 18
2.2.2 r进制数之间的转换 22
2.2.3 二进制数的运算规则 23
2.2.4 十进制数的表示与运算 24
2.3 数值数据在计算机中的表示方法 25
2.3.1 计算机中数值数据的类型 25
2.3.2 数值数据的编码方法（机器数形式） 27
2.4 符号数据的编码 31
2.5 数据校验码 33
2.5.1 数据校验的基本概念 33
2.5.2 奇偶校验码 33
2.5.3 海明校验码 35
2.5.4 循环冗余校验码（CRC码） 37
本章小结 39
习题 40
第3章 运算方法与运算部件 41
3.1 定点数的运算 41
3.1.1 定点数移位运算 41
3.1.2 定点数加减法运算 42
3.1.3 定点数乘法运算 44
3.1.4 定点数除法运算 54
3.2 浮点数的运算 61
3.2.1 浮点数加减运算 61
3.2.2 浮点数乘除运算 63
3.3 运算部件 65
3.3.1 定点运算部件 65
3.3.2 浮点运算部件 65
本章小结 66
习题 67
第4章 指令系统 68
4.1 机器指令的基本概念 68
4.2 指令的设计技术 70
4.2.1 指令操作码的设计技术（操作码的扩展技术） 70
4.2.2 指令地址码的设计技术（寻址方式） 71
4.2.3 设计指令格式应考虑的各种因素 74
4.3 操作类型（指令的类型） 74
4.4 精简指令系统计算机和复杂指令系统计算机 77
4.4.1 复杂指令计算机 77
4.4.2 RISC的产生与发展 78
4.4.3 RISC的特点 78
本章小结 79
习题 80
第5章 控制器 81
5.1 控制器的构成 81
5.1.1 控制器的基本功能 81
5.1.2 控制器的基本组成 82
5.1.3 指令的执行过程（示例） 84
5.2 微程序控制的计算机 88
5.2.1 微程序控制思想 88
5.2.2 微程序设计技术 89
5.2.3 微程序控制存储器和动态微程序设计 95
5.2.4 串行微程序控制和并行微程序控制 95
5.2.5 微程序设计语言 97
5.3 硬布线控制的计算机 98
5.3.1 硬布线控制器的基本组成 98
5.3.2 操作码译码器 99
5.3.3 机器周期信号的产生 99
5.3.4 操作控制信号的产生 101
5.3.5 硬布线控制逻辑设计中要考虑的若干问题 103
5.3.6 硬布线控制与微程序控制的比较 104
5.4 控制器的控制方式 104
5.5 流水线技术 105
5.5.1 提高计算机系统运算速度的基本方法 105
5.5.2 指令的解释方式 106
5.5.3 流水线工作方式 108
5.5.4 流水线不能连续工作的原因与对策 113
本章小结 116
习题 118
第6章 存储器件 120
6.1 存储器的分类和主要技术指标 120
6.1.1 存储器的分类 120
6.1.2 存储器的主要技术指标 121
6.2 半导体存储器 123
6.2.1 易失性半导体存储器 123
6.2.2 非易失性半导体存储器 127
6.2.3 半导体存储器的组成与控制 128
6.2.4 多体交叉存储器 130
6.2.5 固态盘存储器 130
6.2.6 相联存储器 131
6.3 磁表面存储器 132
6.3.1 磁记录原理与记录方式 132
6.3.2 硬盘存储器 137
6.4 光盘存储器 141
6.4.1 光盘存储器种类 141
6.4.2 光盘的读/写原理 142
6.4.3 光盘存储器的组成 142
本章小结 143
习题 145
第7章存储系统 146
7.1 存储系统的层次结构 146
7.2 Cache与主存层次的管理 147
7.2.1 Cache存储器的工作原理 147
7.2.2 Cache与主存层次的管理 148
7.2.3 现代计算机中Cache的应用 155
7.3 主存与辅存层次的管理 155
7.3.l 虚拟存储器概述 155
7.3.2 虚拟存储器的管理方式 157
7.3.3 虚拟存储器工作的全过程 161
7.3.4 虚拟存储器与非虚拟存储器的主要区别 162
7.3.5 Pentium处理机的存储器结构 162
7.3.6 存储管理部件（MMU） 162
7.4 存储保护 163
本章小结 164
习题 166
第8章 输入/输出系统 167
8.1 接口的基本概念 167
8.2 数据传送方式 169
8.3 中断技术 172
8.3.1 中断的基本概念 172
8.3.2 中断的处理过程 174
8.3.3 中断判优 174
8.3.4 转向中断服务程序入口地址的方法 176
8.3.5 中断嵌套（多重中断） 176
8.4 DMA输入/输出方式 177
8.4.1 DMA三种工作方式 177
8.4.2 DMA控制器组成 177
8.4.3 DMA传送的基本过程 179
8.5 通道控制方式和外围处理器方式 179
8.5.1 I/O通道的基本概念 180
8.5.2 I/O通道的种类 180
8.5.3 通道型I/O处理器（IOP）和外围处理器 181
8.6 总线技术 182
8.6.1 关于总线的基本概念 182
8.6.2 总线标准 183
8.6.3 总线的主要技术参数 184
8.6.4 总线结构 186
8.6.5 总线控制 186
8.6.6 常见的系统总线 188
8.6.7 常见的设备总线（接口） 189
8.7 Pentium处理器外围接口芯片组 196
本章小结 197
习题 199
第9章 输入/输出设备 201
9.1 输入设备 201
9.1.1 PC键盘（字符输入设备） 201
9.1.2 绝对坐标输入设备 202
9.1.3 相对坐标输入设备 203
9.1.5 图像输入设备 204
9.1.6 数字信息输入设备 207
9.1.7 文字输入设备 212
9.2 显示设备 214
9.2.1 阴极射线管（CRT）显示器 214
9.2.2 液晶显示器（LCD） 215
9.2.3 等离子体显示器（PDP） 215
9.2.4 显示技术中的有关术语 216
9.3 打印设备 217
9.3.1 点阵针式打印机 217
9.3.2 激光打印机 219
9.3.3 喷墨打印机 221
9.3.4 热敏打印机 223
9.3.5 热转印打字机 224
9.3.6 3D打印机 225
本章小结 226
习题 226
第10章 现代PC系统 227
10.1 硬件的配置 227
10.1.1 主板 227
10.1.2 CPU 230
10.1.3 内存 235
10.1.4 硬盘存储器 235
10.1.5 光盘驱动器 235
10.1.6 显卡 236
10.1.7 主机箱的安装 237
10.1.8 显示器 238
10.1.9 键盘与鼠标 239
10.2 系统的安装 240
10.2.1 安装前的准备 240
10.2.2 安装系统 241
10.2.3 安装驱动程序 245
10.2.4 安装应用程序 247
10.3 系统的日常维护 247
10.3.1 防止计算机传染上病毒 247
10.3.2 计算机系统的优化 247
10.3.3 计算机数据的备份与恢复 248
10.4 常见故障的分析与处理 250
10.4.1 开机故障 250
10.4.2 Windows启动故障 252
本章小结 254
习题 254
附录A 2013年计算机基础综合考试大纲——计算机组成原理 255
附录B EAN-13的国家代码 259
参考文献 261

主要著译者顺序姓名学历职称学科专长通讯地址1 谢永宁 工作单位安徽工程大学 计算机与信息学院邮政编码 电话13855373329 2 工作单位 邮政编码 电话 3 工作单位 邮政编码 电话 审校者（主审者） 学历 工作单位 邮政编码 电话 职称 工作单位 邮政编码 电话 谢永宁，安徽工程大学计算机与信息学院教师，高级工程师，主要讲授课程有计算机组成与结构、嵌入式系统、微型计算机与接口、单片机原理及应用，已有几十年的教授经历，对这些课程了解深入，收到广大师生的喜爱。

1、以冯.诺依曼的结构特点为主干，连接计算机的各个组成部分。将那些分散、零碎的知识点一一串起来，形成一个层次清晰、结构明朗、联系紧密的统一体。2、涵盖213年考研计算机学科研究生入学考试大纲（计算机组成原理）的全部知识点。