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本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。本书以当前主流微型计算机技术为背景，以建立系统级的整机概念为目的，深入介绍计算机各功能子系统的逻辑组成和工作机制。全书共7章。第1章概述计算机的基本概念、发展历程和系统的硬件、软件组织及性能指标；第2章介绍数据信息的表示、运算和校验方法；第3章介绍CPU子系统的工作原理和多核等前沿的性能提升技术；第4章介绍存储子系统的存储原理、主存设计和性能改进措施；第5章介绍I/O子系统，包括接口、总线以及中断、DMA和通道等I/O传输控制方式；第6章介绍显示器等常见输入/输出设备的工作原理；第7章以一个硬件系统模型的设计作为全书的总结。

第1章  概论	（1）
1.1  计算机的基本概念	（1）
1.1.1  信息的数字化表示	（5）
1.1.2  存储程序工作方式	（5）
1.1.3  计算机的分类	（6）
1.2  计算机的诞生和发展	（8）
1.2.1  冯诺依曼体系	（8）
1.2.2  计算机发展历程	（9）
1.2.3  未来的发展趋势	（12）
1.3  计算机系统的组织	（13）
1.3.1  硬件系统	（13）
1.3.2  软件系统	（18）
1.3.3  硬件、软件系统层次结构	（20）
1.3.4  硬件、软件功能划分与逻辑等价	（23）
1.4  计算机的特点与性能指标	（24）
1.4.1  计算机的特点	（24）
1.4.2  计算机的主要性能指标	（24）
习题1	（28）
第2章  数据的表示、运算与校验	（29）
2.1  数值型数据的表示	（29）
2.1.1  进位计数制	（29）
2.1.2  带符号数的表示	（35）
2.1.3  定点数与浮点数	（40）
2.2  字符型数据的表示	（46）
2.3  运算方法	（48）
2.3.1  定点加减运算	（48）
2.3.2  溢出的判断与移位	（50）
2.3.3  定点乘法运算	（53）
2.3.4  定点除法运算	（60）
2.3.5  浮点四则运算	（65）
2.4  常用的数据校验方法	（67）
2.4.1  奇偶校验	（68）
2.4.2  海明校验	（69）
2.4.3  循环冗余校验	（71）
习题2	（73）
第3章  CPU子系统	（75）
3.1  概述	（75）
3.1.1  CPU的基本组成	（75）
3.1.2  CPU的工作原理	（81）
3.1.3  CPU的指令集类型	（82）
3.1.4  CPU的发展历程	（83）
3.2  指令系统	（86）
3.2.1  指令格式	（86）
3.2.2  寻址方式	（92）
3.2.3  指令的功能和类型	（107）
3.3  CPU的基本模型	（115）
3.3.1  CPU设计步骤	（116）
3.3.2  模型机的指令系统	（116）
3.3.3  模型机的组成与数据通路	（120）
3.4  运算部件	（124）
3.4.1  加法单元	（124）
3.4.2  加法器与进位逻辑	（125）
3.4.3  算术逻辑运算部件	（128）
3.4.4  运算器的组织	（132）
3.5  组合逻辑控制方式	（134）
3.5.1  组合逻辑控制器时序系统	（135）
3.5.2  指令流程与操作时间表	（136）
3.5.3  微命令的综合与产生	（146）
3.6  微程序控制方式	（148）
3.6.1  微程序控制的基本原理	（148）
3.6.2  微指令编码与微地址形成	（150）
3.6.3  模型机微指令格式	（153）
3.6.4  模型机微程序设计	（156）
3.7  CPU性能的提升技术	（162）
3.7.1  流水线技术	（163）
3.7.2  SMT与超线程	（167）
3.7.3  多核技术	（168）
3.8  经典处理器介绍	（172）
3.8.1  Intel 8086/8088	（172）
3.8.2  Intel 80386/80486	（175）
3.8.3  Pentium微处理器	（178）
3.8.4  Alpha微处理器	（180）
3.8.5  CRAY-1	（181）
3.8.6  Transputer	（183）
习题3	（184）
第4章  存储子系统	（185）
4.1  概述	（185）
4.1.1  存储系统的层次结构	（185）
4.1.2  物理存储器与虚拟存储器	（189）
4.1.3  存储器的分类	（189）
4.1.4  存储器的技术指标	（192）
4.2  半导体存储原理	（193）
4.2.1  双极型存储单元	（193）
4.2.2  静态MOS存储单元	（196）
4.2.3  动态MOS存储单元	（201）
4.2.4  半导体只读存储器	（206）
4.3  主存储器的组织	（209）
4.3.1  主存储器的设计原则	（210）
4.3.2  主存储器的逻辑设计	（211）
4.3.3  主存储器的外部连接方式	（214）
4.3.4  常见的主存储器芯片技术	（217）
4.3.5  存储器的刷新与校验	（220）
4.4  磁表面存储器原理	（222）
4.4.1  存储介质与磁头	（222）
4.4.2  读写原理	（224）
4.4.3  磁记录的编码方式	（226）
4.5  磁盘存储器及其接口	（230）
4.5.1  软盘存储器	（230）
4.5.2  硬盘存储器	（233）
4.5.3  技术指标与数据校验	（242）
4.5.4  磁盘适配器	（244）
4.6  光学存储及器件	（247）
4.6.1  光存储原理	（247）
4.6.2  光盘存储器	（249）
4.6.3  光盘驱动器及其发展方向	（251）
4.7  存储系统性能的改进措施	（254）
4.7.1  高速缓冲存储器	（254）
4.7.2  虚拟存储器	（260）
4.7.3  双端口存储器	（265）
4.6.4  并行存储器	（266）
4.6.5  联想存储器	（270）
习题4	（271）
第5章  总线与输入/输出子系统	（273）
5.1  概述	（273）
5.1.1  总线简介	（274）
5.1.2  接口的功能与类型	（275）
5.1.3  输入/输出控制方式	（278）
5.2  总线	（280）
5.2.1  总线的特性与分类	（281）
5.2.2  总线的标准	（283）
5.2.3  总线的设计要素	（285）
5.2.4  PCI总线介绍	（291）
5.3  直接程序传输方式与接口	（294）
5.4  中断方式与接口	（295）
5.4.1  中断的相关概念	（295）
5.4.2  中断请求	（300）
5.4.3  中断判优	（301）
5.4.4  中断响应	（305）
5.4.5  中断处理	（308）
5.4.6  中断接口组成模型	（311）
5.4.7  典型中断接口举例	（314）
5.5  DMA方式与接口	（317）
5.5.1  DMA方式基本概念	（318）
5.5.2  DMA控制器与接口的连接	（321）
5.5.3  DMA控制器的组成	（324）
5.5.4  DMA传输操作过程	（328）
5.5.5  典型DMA接口举例	（329）
5.6  IOP和PPU	（334）
5.6.1  通道的系统结构	（335）
5.6.2  通道的类型	（335）
5.6.3  通道的工作原理	（337）
习题5	（339）
第6章  输入/输出设备及接口	（341）
6.1  概述	（341）
6.1.1  输入/输出设备的一般功能	（341）
6.1.2  输入/输出设备的类型	（342）
6.1.3  输入/输出设备与主机系统间的信息交换	（345）
6.2  键盘及接口	（346）
6.2.1  键盘的类型	（346）
6.2.2  硬件扫描键盘	（349）
6.2.3  软件扫描键盘	（350）
6.3  显示设备及接口	（353）
6.3.1  显示器的分类	（353）
6.3.2  显示器的成像原理	（354）
6.3.3  CRT显示器	（361）
6.3.4  LCD显示器	（367）
6.3.5  显示适配器及工作原理	（374）
6.4  打印设备及接口	（378）
6.4.1  概述	（378）
6.4.2  打印机的性能指标	（380）
6.4.3  点阵针式打印机	（381）
6.4.4  喷墨打印机	（385）
6.4.5  激光打印机	（387）
6.4.6  打印机适配器	（390）
6.4.7  3D打印技术简介	（391）
6.5  其他输入/输出设备	（392）
6.5.1  光学字符识别设备	（392）
6.5.2  图形图像输入设备	（393）
6.5.3  语音识别设备	（395）
6.5.4  条形码与二维码识别仪	（396）
习题6	（399）
第7章  计算机硬件系统模型	（400）
7.1  模型机系统及其信号互连	（400）
7.1.1  系统组成	（400）
7.1.2  系统总线	（401）
7.1.3  各部件的信号线	（402）
7.2  模型机典型I/O操作举例	（406）
7.2.1  直接程序传输方式的I/O操作	（406）
7.2.2  中断方式下的I/O操作	（407）
7.2.3  DMA方式下的I/O操作	（408）
7.3  系统配置举例	（409）
习题7	（411）
参考文献	（412）

第3版前言
本书第1版（罗克露等主编，2004年）是在《计算机组成原理》（俸远祯等主编，“六五”国家级规划教材，1985年）、《计算机组成原理（修订本）》（俸远祯等主编，“八五”国家级规划教材、教育部科技进步奖教材类三等奖，1996年）和《计算机组成原理与汇编语言程序设计》（俸远祯等主编，“九五”国家级规划教材，1997年）这三本国家级规划教材的基础上进行编写的。
本书在《计算机组成原理（第2版）》（罗克露等主编，普通高等教育“十一五”国家级规划教材，2010年）基础上进行修订，以当前主流微机技术为背景，以建立系统级整机概念为目的，深入介绍计算机各功能子系统的逻辑组成和工作机制。
全书共7章，按照先建立CPU整机概念，再发展为主机，最后形成硬件系统的教学思路来安排各章节的内容。
第1章概述计算机的概念、发展历程和系统的硬件、软件组织，强调信息的数字化表示和存储程序方式这两个重要概念。第2章介绍数据信息的表示、运算和校验方法。第3章介绍CPU子系统及多核等前沿的性能提升技术，通过一个CPU简化模型，深入分析指令的执行过程，同时阐明组合逻辑控制和微程序控制的设计方法。第4章介绍存储子系统，讨论存储原理和主存储器的设计，以及提高存储系统性能的一些经典措施。第5章介绍输入/输出子系统，包括接口和总线等，并强调中断、DMA和通道等I/O传输的控制机制。第6章介绍常见输入/输出设备的工作原理，包括显示器和打印机等。作为全书的总结，第7章给出一个计算机硬件系统模型，并描述它的组织结构和典型的I/O操作。
本书第1章、第2章由刘辉编写，第3章由罗克露编写，第4章由纪禄平编写，第5章由张建编写，第6章由杜向辉编写，第7章由俸志刚编写。全书由纪禄平统稿，电子科技大学俸远祯教授主审。作为相关课程国家级规划教材的前辈，俸远祯教授和罗克露教授对本书的编写给予了大力支持和悉心指导，在此谨向两位教授致敬！
本书在编写过程中不仅得到了电子科技大学教务处和计算机学院相关领导的支持与鼓励，还得到了电子工业出版社的积极协助，在此谨向他们致以诚挚谢意！
本书还有配套的辅导书——《计算机组成原理课程设计》，其中包含与本书相关的课程设计、学习指导以及习题解答和电子竞赛等内容。
由于编者的水平有限，书中难免会有错误和不当之处，恳请读者批评指正，我们不胜感激。如有问题请直接与编者邮件联系：jlp0813@163.com。

本书为任课教师提供配套的教学资源（包含电子教案），需要者可登录华信教育资源网站（http://www.hxedu.com.cn），注册之后进行免费下载，或发邮件到unicode@phei.com.cn进行咨询（注明所在的学校及院系）。

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计算机组成原理（第3版）