学习本课程需要具备一定的数字电路基础，本书主要讲解计算机五大部件的结构和原理、指令系统和总线的相关内容，共分为8章。第1章是对整个计算机的概述，第2章和第3章是介绍关于运算器部分的内容，包括各种基本元运算的实现以及运算器的硬件结构等，这就解释了“什么是程序”（程序的本质）的问题。第4章到第7章都是讲解“程序如何执行”（程序的外在）的问题，包括程序的存储（存储系统）、程序的执行（指令系统）、程序的控制（中央处理器）以及程序和结果的输入与输出（人机交互系统），最后第8章简单介绍了计算机系统的总线连接。本课程要通过大量的习题加以练习，方能够对理论有深刻的理解，因此，本书配有大量习题，供读者在课后进行练习。另外，由于《计算机组成原理》已经列为全国计算机专业考研专业课，因此在本书的附录部分列出了关于本门课程的考研大纲，供大家参考。在学习本课程时，还建议大家进行相应的项目训练，因此，课程组还开发了一组全部用软件可以实现的虚拟实训项目，在每一单元“实践环节设计”中进行项目指导，其中带“*”的为选作项目，带“☆”的为演示项目，推荐同步进行。
项目导学1
第1章计算机与计算机系统3
1.1计算机发展简史4
1.1.1计算机的由来4
1.1.2计算机的发展5
1.2计算机的特点及应用7
1.2.1计算机的特点7
1.2.2计算机的应用8
1.3计算机的发展趋势与前景11
1.4深入计算机系统12
1.4.1计算机系统的硬件组成12
1.4.2计算机系统的软件组成14
1.4.3计算机硬件和软件之间的关系14
1.5计算机系统的主要性能指标15
教学效果测评17
第2章数码系统22
2.1数制及其转换23
2.1.1进位计数制中的重要概念23
2.1.2几种常见的数制24
2.1.3数制间的相互转换25
2.1.4二数制中的一些常用表达26
2.2数值数据描述27
2.2.1无符号数和有符号数27
2.2.2定点数和浮点数28
2.2.3定点数的编码方案30
2.2.4浮点数的编码方案33
2.2.5十进制数的编码34
2.3文本数据描述35
2.3.1ASCII码35
2.3.2汉字的编码37
2.4其他信息形式的表示39
2.4.1图像的格式简介39
2.4.2有关音频编码40
2.4.3视频格式中采用的技术41
2.5数据校验43
2.5.1校验码的工作原理43
2.5.2奇偶校验码44
2.5.3海明码44
2.5.4循环冗余校验码（CRC）45
实践环节设计48
项目1：汉字的内码计算与查看（UP（2/4））48
项目2：文本文件的存储格式（UP（2/4））50
项目3：整数在计算机内的存储形式（UP（2/4））52
项目4*：浮点数在计算机内的存储形式（UP（2/4））54
教学效果测评55
第3章运算和运算器61
3.1逻辑运算及实现62
3.2定点算术运算63
3.2.1定点加减法63
3.2.2定点乘法67
3.2.3定点除法73
3.3浮点算术运算79
3.3.1浮点加减法79
3.3.2浮点乘除法80
3.4算术逻辑运算单元81
3.4.1全加器81
3.4.2串行进位并行运算补码加法器82
教学效果测评85
第4章存储系统89
4.1存储系统概述90
4.1.1存储器的分类90
4.1.2存储系统的主要性能指标90
4.1.3存储系统的层次结构91
4.2主存储器系统92
4.2.1半导体只读存储器93
4.2.2半导体随机读写存储器96
4.2.3微型计算机中的半导体存储器实例99
4.3辅助存储系统101
4.3.1磁介质存储器101
4.3.2光介质存储器102
4.3.3电子介质存储器102
4.4主存储器的扩展与组织103
4.4.1主存储器与CPU的连接103
4.4.2主存储器的扩展105
4.4.3主存储器的组织109
4.5存储系统的发展113
4.5.1高速缓冲存储器113
4.5.2虚拟存储系统114
4.5.3移动存储技术114
4.5.4存储设备的发展115
实践环节设计117
项目5：存储器的位扩展（UP（4/8））117
项目6：存储器的字扩展（UP（4/8））118
项目7*：存储器的字位同时扩展（UP（4/8））119
项目8☆：高速缓冲存储器的应用（UP（4））120
教学效果测评121
第5章指令系统130
5.1指令系统基本概念131
5.2指令的格式131
5.2.1指令字长131
5.2.2指令的地址码132
5.2.3指令的操作码132
5.3Intel 8086 CPU寄存器的结构及对存储器的管理134
5.3.18086 CPU中的寄存器组134
5.3.2内存的组织136
5.4指令寻址138
5.4.1立即数寻址方式139
5.4.2寄存器寻址方式140
5.4.3直接寻址方式141
5.4.4寄存器间接寻址方式141
5.4.5寄存器相对寻址方式142
5.4.6基址变址寻址方式143
5.4.7相对基址变址寻址方式144
5.4.8隐含寻址方式145
5.5指令系统的分类146
5.5.1数据传送类指令146
5.5.2算术运算类指令148
5.5.3逻辑运算与移位类指令149
5.5.4串处理指令151
5.5.5控制转移类指令152
5.5.6处理器控制类指令152
5.6指令系统的发展153
实践环节设计155
项目9：算术运算及对标志位的影响（UP（5/4））155
项目10：逻辑运算及对标志位的影响（UP（5/4））157
项目11：循环程序的执行（UP（5/4））158
教学效果测评159
第6章中央处理器164
6.1CPU的结构和功能165
6.1.1CPU的组成166
6.1.2指令的执行过程167
6.1.3时序控制系统168
6.2组合逻辑控制器173
6.2.1组合逻辑控制器的概念173
6.2.2组合逻辑控制器设计举例174
6.3微程序控制器176
6.3.1微程序设计中的有关术语176
6.3.2微程序控制器的原理177
6.3.3微指令的结构177
6.3.4微程序控制器实例180
6.4中断控制处理183
6.4.1中断的概念183
6.4.2中断系统183
6.4.3中断的嵌套190
6.4.4中断的处理过程191
6.5CPU的发展194
6.5.1指令流水线194
6.5.2流水线性能196
6.5.3流水线中的多发技术197
6.5.4CPU的发展和典型CPU197
实践环节设计202
项目12：算术运算及对标志位的影响（UP（6/4））202
项目13：逻辑运算及对标志位的影响（UP（6/4））203
项目14*：算术逻辑综合运算及对标志位的影响（UP（6/4））204
项目15：中断系统（一）（UP（6/4））205
项目16*：中断系统（二）（UP（6/4））206
项目17☆：流水结构（UP（6/4））207
项目18*：虚拟模型机的设计（CP（1））207
教学效果测评208
第7章人机交互系统215
7.1人机交互系统概述216
7.1.1人机交互的概念216
7.1.2人机交互系统的组成216
7.2人机交互控制方式226
7.2.1直接程序控制方式226
7.2.2中断程序控制方式227
7.2.3直接存储器访问方式227
7.2.4三种访问方式的特点229
7.3典型人机交互设备229
7.3.1键盘229
7.3.2鼠标233
7.3.3显示器233
7.3.4打印机236
7.3.5触摸屏237
7.4人机交互的发展238
实践环节设计240
项目19：输入输出指令（UP（7/4/2））240
项目20：修改显示器缓冲区（UP（7/4/2））240
项目21*：屏蔽键盘（UP（7/4/2））241
项目22☆：直接存储器访问（DMA）方式（UP（7/4））242
项目23*：编码键盘（UP（7））243
教学效果测评243
第8章总线246
8.1总线与系统集成247
8.1.1总线的产生247
8.1.2总线结构247
8.1.3总线的分类249
8.1.4总线的特性249
8.1.5总线的性能指标250
8.2总线组成与控制251
8.2.1总线驱动251
8.2.2总线控制252
8.2.3总线判优252
8.2.4总线通信254
8.2.5总线和I/O设备255
8.2.6双向总线驱动芯片举例255
8.3Pentium机总线结构256
8.4总线结构的演化257
8.4.1工业标准总线258
8.4.2微通道总线258
8.4.3扩充的工业标准总线258
8.4.4局部总线258
8.4.5PCI总线259
教学效果测评259
参考文献261
附录ADEBUG基本命令263
附录BMATLAB基本操作266
附B.1MATLAB简介266
附B.2MATLAB基本命令266
附B.3Simulink仿真工具268
附B.3.1安装Simulink268
附B.3.2建立仿真模型270
附B.3.3常用模块介绍271
附B.3.4运行仿真模型276
附B.3.5子系统276
附录C《计算机组成原理》虚拟实验仪278
附C.1《计算机组成原理》虚拟实验仪简介278
附C.2《计算机组成原理》虚拟实验仪的指令280
附C.2.1传送类指令281
附C.2.2算术运算类指令284
附C.2.3逻辑运算类指令289
附C.2.4转移类指令291
附C.2.5中断控制类指令295
附录D汇编程序的编译与链接297
附D.1MASM.EXE297
附D.2LINK.EXE298
附录E计算机专业考研专业课大纲（节选）299
附E.1考查目标299
附E.2考试形式和试卷结构299
附E.3考查范围（《计算机组成原理》部分）299
附E.3.1考查目标299
附E.3.2考查内容300
《计算机组成原理》是计算机相关专业的一门基础课，学习该课程的目的是使学生了解计算机的基本工作原理，为进一步的学习打下基础。该课程理论性较强，比较抽象，不易理解。为了使讲述的内容通俗易懂，提高学生的学习兴趣，在本教材中设计了“董老师”和“小马”（学生）两个人物，通过口语化的语言对教学内容进行衔接，并且通过形象的比喻解释了抽象的原理，希望对各位读者有所帮助。本书的作者都是具有多年一线教学经验的教师，我们所达成的共识是计算机学科要解决三个基本问题，也就是“什么是程序？程序如何执行？如何开发程序？”而本课程要回答其中的两个问题，也就是“什么是程序”以及“程序如何执行”，因此，全书的逻辑结构就围绕着这两个问题展开，在每一章后都附有相应的逻辑结构图，同时通过问题引出下一章的具体内容。
