本书是作者积多年讲授计算机组成原理课程及指导学生实验的教学实践经验编写而成的。作者力图通过指导学生的实验实践和大量典型例题的解析，帮助学生深入学习、掌握并灵活运用计算机组成原理知识。全书共分三篇。第一篇为理论知识与习题解答，其内容为计算机组成原理各部分的知识要点、典型例题解析和习题解答，可以帮助学生提纲挈领掌握知识重点、巩固所学内容；第二篇为教学与考试大纲，提供了本门课程的教学大纲，以及2009年计算机考研统考大纲中的计算机组成原理部分；第三篇为实验指导，根据计算机组成原理课程实验的特点，给出实验大纲及参考实验题目，每个参考实验题目都有明确的实验目的和内容。

“计算机组成原理”课程是计算机科学与技术专业的核心主干课程，具有理论性强、知识涵盖面广、更新快、与其他计算机课程联系紧密等特点。因此，对于初学者来说，往往找不到重点，把握不住课程的关键，对于习题求解更是无从下手。作者结合多年讲授本门课程的经验，将各章的知识要点进行归纳和总结，对难以理解的问题进行通俗的讲解和指导，对涉及重要知识点的典型题目进行分析解答，帮助读者理解课程的重点内容，尽快建立计算机的整机概念，清楚地了解指令和数据在计算机中的流动。同时，提高求解“计算机组成原理”课程习题的能力。
此外，“计算机组成原理”也是一门实践性较强的学科，必须对实践和应用给予必要的重视。在教学中，除了课堂教学外，还必须开设计算机组成原理实验。本门课程的实验往往要与具体的实验环境相结合，实验环境不同，开设的课程及实验的内容也不相同。本书从教学需求角度出发，给出了实验大纲和实验参考题目，每个题目从实验目的、实验内容等几个方面做了概念性描述，不依赖特定的实验环境。读者可结合自己的实验环境对参考实验题目进行改造。
本书与中国铁道出版社出版的教材《计算机组成原理（第二版）》相配套，主要内容由两篇组成：理论知识与习题解答和实验指导。其中，理论知识与习题解答篇与《计算机组成原理（第二版）》一书相对应，也分10章，每一章都由重点难点指导、典型例题解析、练习题、参考答案等部分组成；实验指导篇根据“计算机组成原理”课程实验的特点，给出实验大纲及参考实验题目，每个参考实验题目都有明确的实验目的和内容。
本书在编写过程中，参考了一些国内外优秀教材，中国铁道出版社的编辑也提出了许多宝贵意见，并给予了大力支持，在此表示诚挚的谢意。
本书在编写过程中力求概念清晰，表述正确，通俗易懂，便于自学。希望读者通过对本书的学习，能够更全面、更透彻地理解和掌握“计算机组成原理”课程。但由于编者水平有限，书中难免出现疏漏和不妥之处，恳请读者批评指正，编者不胜感激。


编 者
2010年10月

第一篇 理论知识与习题解答
第1章 计算机系统概论 1
1.1 重点难点指导 1
1.1.1 计算机系统简介 1
1.1.2 现代计算机的体系结构 2
1.1.3 计算机的层次结构 3
1.1.4 计算机的性能指标 3
1.2 典型例题解析 4
1.3 练习题 7
1.4 参考答案 8
第2章 系统总线 10
2.1 重点难点指导 10
2.1.1 计算机系统互连结构 10
2.1.2 总线的基本概念 10
2.1.3 总线连接方式 11
2.1.4 总线设计要素 13
2.2 典型例题解析 14
2.3 练习题 16
2.4 参考答案 19
第3章 存储器 25
3.1 重点难点指导 25
3.1.1 存储器概述 25
3.1.2 半导体随机存储器 26
3.1.3 半导体只读存储器 27
3.1.4 存储器与CPU连接 27
3.1.5 高速缓冲存储器 28
3.1.6 虚拟存储器 30
3.2 典型例题解析 30
3.3 练习题 34
3.4 参考答案 39
第4章 外围设备 44
4.1 重点难点指导 44
4.1.1 概述 44
4.1.2 显示设备 45
4.1.3 磁盘存储器 46
4.1.4 其他外部存储器 47
4.2 典型例题解析 48
4.3 练习题 49
4.4 参考答案 50
第5章 输入/输出系统 53
5.1 重点难点指导 53
5.1.1 输入/输出系统概述 53
5.1.2 程序查询方式及其接口 54
5.1.3 程序中断方式及其接口 55
5.1.4 DMA方式及其接口 57
5.1.5 通道方式及其接口 59
5.2 典型例题解析 60
5.3 练习题 61
5.4 参考答案 66
第6章 信息的表示 69
6.1 重点难点指导 69
6.1.1 概述 69
6.1.2 定点数表示方法 69
6.1.3 浮点数表示方法 71
6.1.4 文字信息的表示 72
6.1.5 其他信息的表示 72
6.1.6 校验码 72
6.2 典型例题解析 72
6.3 练习题 73
6.4 参考答案 77
第7章 运算方法和运算器 79
7.1 重点难点指导 79
7.1.1 定点加减法运算 79
7.1.2 定点乘除法运算 80
7.1.3 逻辑运算 81
7.1.4 算术/逻辑单元 81
7.1.5 定点运算器的组成 81
7.1.6 浮点算术运算 82
7.2 典型例题解析 83
7.3 练习题 84
7.4 参考答案 86
第8章 指令系统 92
8.1 重点难点指导 92
8.1.1 指令系统的发展与性能要求 92
8.1.2 机器指令的设计要素 93
8.1.3 指令和操作数的寻址方式 94
8.1.4 RISC技术 94
8.2 典型例题解析 95
8.3 练习题 97
8.4 参考答案 104
第9章 CPU的结构与功能 110
9.1 重点难点指导 110
9.1.1 CPU组织 110
9.1.2 寄存器组织 110
9.1.3 控制器组织 111
9.1.4 时序产生器组织 112
9.1.5 指令流水 112
9.1.6 RISC的硬件结构 112
9.2 典型例题解析 113
9.3 练习题 114
9.4 参考答案 119
第10章 控制器的功能与设计 122
10.1 重点难点指导 122
10.1.1 微操作 122
10.1.2 指令周期分析 122
10.1.3 CPU控制 123
10.1.4 硬布线控制器 123
10.1.5 微程序控制器 124
10.1.6 一台计算机设计的基本步骤 126
10.2 典型例题解析 126
10.3 练习题 128
10.4 参考答案 137
第二篇 实验指导
第11章 实验教学设计 144
第12章 实验平台介绍 146
12.1 概述 146
12.2 16位实验CPU设计实例 147
12.2.1 指令系统 147
12.2.2 实验CPU的整体设计方案 149
12.2.3 指令流程表 153
12.3 实验CPU的VHDL程序源代码 155
12.3.1 通用寄存器组部分 156
12.3.2 取指部分instru_fetch 159
12.3.3 指令译码部分decoder_unit 161
12.3.4 执行部分exe_unit 163
12.3.5 存储器部分memory_unit 165
12.3.6 程序包exp_cpu_components 166
12.3.7 顶层设计实体exp_cpu 169
第13章 实验设计 172
实验一 BDC码加法 172
实验二 加法器 174
实验三 算术逻辑运算单元 177
实验四 存储器 180
实验五 指令译码器 183
实验六 微程序控制器 186
实验七 简单模型机的设计与实现（综合性） 189
附录A 2009年计算机考研统考大纲——计算机组成原理 190
参考文献 194

主要著译者顺序姓名学历职称学科专长通讯地址1 何欣枫 硕士 讲师OS、计算机组成、编译原理 工作单位河北大学数字与计算机学院 邮政编码071002 电话 2李继民 本科副教授 计算机组成、计算机悖论 工作单位河北大学数学与计算机学院 邮政编码 071002电话 133230233233 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

本书是作者积多年讲授“计算机组成原理”课程及指导学生实验教学的基础上编写而成的。作者力图通过指导学生实验和大量典型例题的解析，帮助学生深入学习、掌握并灵活运用计算机组成原理知识。
全书共分两篇。第一篇为理论知识与习题解答，其内容为计算机组成原理各部分的知识要点、典型例题解析和习题解答，可以帮助学生提纲挈领掌握知识重点、巩固所学内容；第二篇为实验指导，根据计算机组成原理课程实验的特点，给出实验大纲及参考实验题目，每个参考实验题目都有明确的实验目的和内容。本书可以配合计算机组成原理教材使用，起到衔接课堂教学与实验教学、课下辅导的作用。
本书适合作为高等院校学生学习“计算机组成原理”课程的参考教材，也可作为研究生入学考试的辅导材料，对于从事计算机应用及开发的技术人员以及广大的计算机及相关专业的自学者也具有一定的参考价值。