計算機組成原理

《21世紀應用型本科系列教材·計算機組成原理》講述計算機組成的基本原理，各部件的功能、邏輯實現、設計方法及相互連接。

第1章 概述

1.1 計算機系統的組成

1.1.1 計算機的硬件系統

1.1.2 計算機的軟件系統

1.1.3 計算機系統的層次結構

1.2 計算機的結構特點

1.2.1 馮·諾依曼（Von Neumann）型計算機的結構與分類

1.2.2 非馮·諾依曼型計算機的結構與分類

1.3 計算機的性能

習題1

第2章 計算機中的信息及編碼表示

2.1 計算機信息的分類

2.2 信息的數字化編碼表示

2.2.1 數值信息的表示

2.2.2 非數值信息的表示

2.2.3 控制信息的表示

習題2

第3章 運算方法與運算器

3.1 運算的基礎

3.1.1 邏輯運算及算術邏輯單元ALU

3.1.2 移位操作及移位寄存器

3.1.3 計數操作及計數器

3.1.4 取反、取補操作及取補器

3.2 定點數的加減運算及實現

3.2.1 補碼的加減運算及溢出判斷

3.2.2 加減運算的實現

3.2.3 並行加法器與先行進位鏈

3.2.4 二一十進制數運算及加法器

3.3 定點數乘法運算及實現

3.3.1 原碼乘法及實現

3.3.2 補碼乘法及實現

3.3.3 陣列乘法器

3.4 定點數除法運算及實現

3.4.1 原碼除法及實現

3.4.2 補碼除法及實現

3.4.3 陣列除法器

3.5 定點運算器的組成

3.5.1 運算器的內部總線

3.5.2 帶累加器的運算器

3.5.3 單總線移位乘除的運算器

3.5.4 三總線陣列乘除的運算器

3.6 浮點算術運算及浮點運算器

3.6.1 浮點加減運算

3.6.2 浮點乘法運算

3.6.3 浮點除法運算

3.6.4 浮點運算器舉例

習題3

第4章 指令系統

4.1 指令

4.1.1 指令字格式

4.1.2 尋址方式

4.1.3 指令類型

4.2 指令系統舉例

4.2.1 尋址方式

4.2.2 傳送類指令

4.2.3 算術運算類指令

4.2.4 邏輯運算類指令

4.2.5 程序控制類指令

4.2.6 處理器控制指令

4.3 指令系統的發展

4.3.1 CISC指令系統的發展

4.3.2 RISC指令系統

習題4

第5章 控制方式與控制器

5.1 基本概念

5.1.1 控制器的功能

5.1.2 控制器的組成

5.1.3 指令執行流程

5.1.4 控制器的分類

5.1.5 控制器的時序系統與控制方式

5.2 組合控制邏輯

5.2.1 模型機的指令系統與尋址方式

5.2.2 模型機的CPU及硬件組織

5.2.3 模型機的時序系統

5.2.4 組合邏輯控制器設計步驟

5.2.5 模型機組合邏輯控制器的設計

5.3 微程序控制

5.3.1 微程序控制的基本概念

5.3.2 微指令的編碼方式

5.3.3 微程序控制器的組成和工作過程

5.3.4 微地址產生方式

5.3.5 微程序的時序控制

5.3.6 微程序應用

5.4 模型機微程序控制單元的設計

5.4.1 模型機微指令的設計

5.4.2 模型機的微程序編制與代真

習題5

第6章 存儲系統

第7章 總線系統

第8章 輸入輸出系統

第9章 計算機組裝

參考文獻

“計算機組成原理”是工科電子類計算機專業中核心的專業基礎課，其可以在計算機基礎(計算機導論)、數字邏輯、程序設計語言之後開設，後續課程可以是數據結構、微機原理、操作系統及計算機系統結構等。

本教材主要講述單處理機系統中計算機的內部工作原理、組成方式，各部件的邏輯功能與實現、設計方法，以及各部件的相互連接。

本教材共分9章。第1章概述計算機系統的組成、特點和主要性能。第2章講述計算機中信息的分類及編碼表示。第3章講述運算的基礎知識，定點、浮點數的算術運算方法和運算器。第4章講述指令字格式、尋址方式、指令分類，以IBMPC機為例介紹指令系統中各類指令的格式和功能，簡要介紹CISC和RISC指令系統的概念。第5章講述控制器的功能、組成、分類及控制方式，對組合邏輯和微程序兩類不同的控制方式的控制器分別介紹了其實現過程，以模型機為例給出這兩類控制器設計的主要問題。第6章講述存儲系統的基本概念，半導體存儲器類型，主存儲器的容量擴充及與CPtJ的連接，提高主存儲器性能的方法，輔助存儲器的原理和組織等。第7章講述總線的基本概念、分類、參數和標準，系統總線的組成、操作時序及總線的爭用和仲裁控制。第8章講述輸入輸出系統中外設的種類與接口，對直接程序控制、DMA、輸入輸出處理機三種主要的I/(-)控制方式的原理、組成進行了描述。第9章以微型機為例，介紹系統的組裝，以使學生對計算機系統構成有更完整的瞭解，建立比較清晰的整機概念。

本教材的參考教學時數為60-70學時，可根據需要對內容進行剪裁。第9章的內容可隨時間演變自行更新內容。

本教材內容豐富、重點突出、語言簡煉、圖文並茂、結構合理、層次清楚，主要特點是突出課程內容的完整性、系統性、應用性，特別強調針對應用型本科來組織知識。每章均配有豐富的例題和一定數量的習題。

本教材是由西安電子科技大學兼西安歐亞學院信息工程學院副院長的李學幹教授主編，負責全書的組織、統稿、修編和審核。西安歐亞學院的張樂芳、趙向梅、白兆華老師參加了編寫。張樂芳老師編寫了第1，7，8，9章，趙向梅老師編寫了第2，3，4章，白兆華老師編寫了第5，6章。

西安交通大學董渭清教授在百忙之中對書稿進行了認真細緻的審核。西安交通大學出版社的賀峯濤、屈曉燕、李慧娜同志為本書出版編輯做了很多工作。在此表示衷心的感謝。

由於計算機的器件、硬件、組成技術發展很快，理論性、時間性很強，限於時間和編者水平，書中難免會有不少問題和不足，懇請讀者對本書提出寶貴的意見，以便以後改寫完善。