本教材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）；第8章简单介绍了计算机系统的总线连接。
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3
1.1.1计算机的由来3
1.1.2计算机的发展4
1.2计算机的特点及应用5
1.2.1计算机的特点5
1.2.2计算机的应用6
1.3计算机的发展趋势与前景9
1.4深入计算机系统10
1.4.1计算机系统的硬件组成10
1.4.2计算机系统的软件组成12
1.4.3计算机硬件和软件之间的关系12
1.5计算机系统的主要性能指标13
1.6相关知识介绍14
教学效果测评15
第2章数码系统20
2.1数制及其转换21
2.1.1进位计数制中的重要概念21
2.1.2几种常见的数制21
2.1.3数制间的相互转换22
2.1.4二数制中的一些常用表达23
2.2数值数据描述23
2.2.1无符号数和有符号数23
2.2.2定点数和浮点数24
2.2.3定点数的编码方案25
2.2.4浮点数的编码方案28
2.2.5十进制数的编码29
2.3文本数据描述29
2.3.1ASCII码30
2.3.2汉字的编码31
2.4其他信息形式的表示33
2.4.1图像的格式简介33
2.4.2有关音频编码33
2.4.3视频格式中采用的技术34
2.5数据校验36
2.5.1校验码的工作原理36
2.5.2奇偶校验码36
2.5.3海明码36
2.5.4循环冗余校验码（CRC）38
2.6相关知识介绍39
2.6.1编码 39
2.6.2Unicode39
2.6.3BMP图片格式介绍41
2.6.4浮点数格式 IEEE 75444
实践环节设计46
项目1：汉字的内码计算与查看（UP（2/4））46
项目2：文本文件的存储格式（UP（2/4））48
项目3：整数在计算机内的存储形式（UP（2/4））50
项目4*：浮点数在计算机内的存储形式（UP（2/4））52
教学效果测评54
第3章运算和运算器59
目录3.1逻辑运算及实现59
3.2定点算术运算60
3.2.1定点加减法60
3.2.2定点乘法64
3.2.3定点除法70
3.3浮点算术运算75
3.3.1浮点加减法75
3.3.2浮点乘除法76
3.4算术逻辑运算单元76
3.4.1全加器77
3.4.2串行进位并行运算补码加法器77
3.5相关知识介绍79
3.5.1逻辑代数79
3.5.2图灵机80
教学效果测评82
第4章存储系统86
4.1存储系统概述86
4.1.1存储器的分类86
4.1.2存储系统的主要性能指标87
4.1.3存储系统的层次结构88
4.2主存储器系统89
4.2.1半导体只读存储器89
4.2.2半导体随机读写存储器92
4.2.3微型计算机中的半导体存储器实例94
4.3辅助存储系统96
4.3.1磁介质存储器97
4.3.2光介质存储器98
4.3.3电子介质存储器98
4.4主存储器的扩展与组织99
4.4.1主存储器与CPU的连接99
4.4.2主存储器的扩展100
4.4.3主存储器的组织103
4.5存储系统的发展107
4.5.1高速缓冲存储器107
4.5.2虚拟存储系统108
4.5.3移动存储技术108
4.5.4存储设备的发展109
4.6相关知识介绍110
4.6.1大端方案、小端方案110
4.6.2边界对齐111
4.6.3访问的局部性原理111
4.6.4存储器基本术语112
实践环节设计112
项目5：存储器的位扩展（UP（4/8））112
项目6：存储器的字扩展（UP（4/8））113
项目7*：存储器的字位同时扩展（UP（4/8））115
项目8☆：高速缓冲存储器的应用（UP（4））115
教学效果测评116
第5章指令系统125
5.1指令系统基本概念125
5.2指令的格式126
5.2.1指令字长126
5.2.2指令的地址码126
5.2.3指令的操作码127
5.3Intel 8086 CPU寄存器的结构及对存储器的管理128
5.3.18086 CPU中的寄存器组128
5.3.2内存的组织130
5.4指令寻址132
5.4.1立即数寻址方式132
5.4.2寄存器寻址方式133
5.4.3直接寻址方式133
5.4.4寄存器间接寻址方式134
5.4.5寄存器相对寻址方式135
5.4.6基址变址寻址方式136
5.4.7相对基址变址寻址方式137
5.4.8隐含寻址方式138
5.5指令系统的分类138
5.5.1数据传送类指令139
5.5.2算术运算类指令140
5.5.3逻辑运算与移位类指令142
5.5.4串处理指令144
5.5.5控制转移类指令144
5.5.6处理器控制类指令145
5.6指令系统的发展146
5.7相关知识介绍147
5.7.1堆栈寻址147
5.7.2设计指令格式需考虑的因素148
实践环节设计148
项目9：算术运算及对标志位的影响（UP（5/4））148
项目10：逻辑运算及对标志位的影响（UP（5/4））150
项目11：循环程序的执行（UP（5/4））151
教学效果测评152
第6章中央处理器157
6.1CPU的结构和功能157
6.1.1CPU的组成158
6.1.2指令的执行过程159
6.1.3时序控制系统159
6.2组合逻辑控制器165
6.2.1组合逻辑控制器的概念165
6.2.2组合逻辑控制器设计举例165
6.3微程序控制器167
6.3.1微程序设计中的有关术语168
6.3.2微程序控制器的原理168
6.3.3微指令的结构169
6.3.4微程序控制器实例171
6.4中断控制处理174
6.4.1中断的概念174
6.4.2中断系统175
6.4.3中断的嵌套182
6.4.4中断的处理过程182
6.5CPU的发展185
6.5.1指令流水线185
6.5.2流水线性能187
6.5.3流水线中的多发技术189
6.5.4CPU的发展和典型CPU189
6.6相关知识介绍192
6.6.1CPU性能参数指标192
6.6.2CPU产品标识193
6.6.3多核技术196
6.6.4CPU6个主要寄存器196
实践环节设计198
项目12：算术运算及对标志位的影响（UP（6/4））198
项目13：逻辑运算及对标志位的影响（UP（6/4））199
项目14*：算术逻辑综合运算及对标志位的影响（UP（6/4））201
项目15：中断系统（一）（UP（6/4））202
项目16*：中断系统（二）（UP（6/4））202
项目17☆：流水结构（UP（6/4））203
项目18*：虚拟模型机的设计（CP（1））204
教学效果测评205
第7章人机交互系统211
7.1人机交互系统概述211
7.1.1人机交互的概念211
7.1.2人机交互系统的组成212
7.2人机交互控制方式221
7.2.1直接程序控制方式221
7.2.2中断程序控制方式222
7.2.3直接存储器访问方式222
7.2.4三种访问方式的特点224
7.3典型人机交互设备224
7.3.1键盘224
7.3.2鼠标228
7.3.3显示器228
7.3.4打印机231
7.3.5触摸屏233
7.4人机交互的发展233
7.5相关知识介绍234
7.5.1人类工程学概述234
7.5.2人机界面设计原则235
7.5.3人机交互中的错误处理236
实践环节设计237
项目19：输入输出指令（UP（7/4/2））237
项目20：修改显示器缓冲区（UP（7/4/2））238
项目21*：屏蔽键盘（UP（7/4/2））239
项目22☆：直接存储器访问（DMA）方式（UP（7/4））240
项目23*：编码键盘（UP（7））240
教学效果测评241
第8章总线243
8.1总线与系统集成243
8.1.1总线的产生243
8.1.2总线结构244
8.1.3总线的分类245
8.1.4总线的特性246
8.1.5总线的性能指标246
8.2总线组成与控制247
8.2.1总线驱动248
8.2.2总线控制248
8.2.3总线判优248
8.2.4总线通信250
8.2.5总线和I/O设备251
8.2.6双向总线驱动芯片举例251
8.3Pentium机总线结构252
8.4总线结构的演化253
8.4.1工业标准总线254
8.4.2微通道总线254
8.4.3扩充的工业标准总线254
8.4.4局部总线254
8.4.5PCI总线255
8.5相关知识介绍255
8.5.1现场总线技术255
8.5.2USB接口255
教学效果测评256
附录ADEBUG基本命令258
附录BMATLAB基本操作261
附B.1MATLAB简介261
附B.2MATLAB基本命令261
附B.3Simulink仿真工具263
附B.3.1安装Simulink263
附B.3.2建立仿真模型265
附B.3.3常用模块介绍266
附B.3.4运行仿真模型271
附B.3.5子系统271
附录C《计算机组成原理》虚拟实验仪273
附C.1《计算机组成原理》虚拟实验仪简介273
附C.2《计算机组成原理》虚拟实验仪的指令275
附C.2.1传送类指令276
附C.2.2算术运算类指令279
附C.2.3逻辑运算类指令284
附C.2.4转移类指令286
附C.2.5中断控制类指令289
附录D汇编程序的编译与链接291
附D.1MASM.EXE291
附D.2LINK.EXE292
附录E计算机专业考研专业课大纲（节选）294
附E.1考查目标294
附E.2考试形式和试卷结构294
附E.3考查范围（《计算机组成原理》部分）294
附E.3.1考查目标294
附E.3.2考查内容295
附录F教学建议298
附F.1教学的知识要点及掌握程度298
附F.2教学的能力要点及掌握程度301
附F.3教学设计与实施方法302
附F.4教学实施方法与组织形式304
附F.5考核方式305
参考文献306
本教材内容安排由浅入深，帮助读者边阅读边思考，并在每章的最后加入的相关知识的介绍，对学生常见的问题进行了逐一的解答。
本教材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。
