本书是清华大学**精品课程“计算机组成原理”建设的重要成果。全书共分9章。第1章简要介绍计算机组成,第2章介绍数字电路基础,第3~8章讲解计算机组成原理的主体内容,包括计算机系统的**处理器(CPU)、存储器和输入/输出系统;第9章概要介绍计算机系统结构课程的入门性知识。
本书可作为普通高等院校“计算机组成原理”课程的教材,也可供计算机相关专业、科研人员和其他有关人员学习参考。

第1章 计算机系统概述
1.1 计算机系统的基本组成及其层次结构
1.2 计算机硬件系统的五个功能部件及其功能
1.3 计算机系统主要的技术与性能指标
1.4 计算机的体系结构、组成和实现概述
1.5 计算柳发展进步、分类与拓展应用的进程
本章小结
习题与思考题
第2章 数字电路和逻辑设计基础
2.1 数字电路基础
2.1.1 半导体材料和二极管简介
2.1.2 三极管的结构及其伏安特性
2.1.3 ���用举例
2.2 布尔代数知识基础和基本逻辑门
2.2.1 布尔代数基础知识
2.2.2 基本的逻辑门电路
2.3 常用的组合逻辑、时痛陈逻辑器件及其应用
2.3.1 组合逻辑电路
2.3.2 时序逻辑电路
2.3.3 应用举例
2.4 可编程器件及其编程概述
2.4.1 可编程器件概述
2.4.2 可编程器件的功能设计与VHDL语言简介
本章小结
习题与思考题
第3章 数据表示和数据运算算法
3.1 数字化信息编码的概念和二进制编码知识
3.1.1 数字化信息编码的概念
3.1.2 二进制编码和码制转换
3.2 数据表示——常用的信息编码
3.2.1 逻辑类型数据的表示
3.2.2 字符类型数据的表示
3.2.3 多媒体信息的概述及其计算机表示
3.2.4 数值类型数据的表示
3.3 二进制数值数据的编码方案与运算算法
3.3.1 原码、反码、补码的定义
3.3.2 补码加、减运算规则和电路实现
3.3.3 原码一位乘法、除法的实现方案
3.4 检错纠错码
3.4.1 码距
3.4.2 三种常见的校验码
本章小结
习题与思考题
第4章 计算机的运算器部件
4.1 算术逻辑运算单元的线路实现
4.2 计算机的定点运算器
4.2.1 定点运算器的功能、组成与控制
4.2.2 示例计算机的运算器部件的功能、组成与实现
4.2.3 MIPS计算机多周期CPU系统中的运算器部件的功能与组成
4.3 浮点运算与浮点运算器
4.3.1 浮点数的运算规则
4.3.2 浮点运算器举例
4.4 提高运算器部件处理能力的可行途径
4.4.1 计算机性能的提高和并行性发展概述
4.4.2 提高计算机运算器处理能力的可行途径
本章小结
习题与思考题
第5章 指令系统和汇编语言程序设计
5.1 指令格式和指令系统概述
5.1.1 操作码的组织与编码
5.1.2 有关操作数的个数、来源、去向和地址安排
5.1.3 指令的分类
5.2 基本寻址方式概述
5.3 指令系统举例
5.3.1 MIPS计算机的指令系统
5.3.2 TH_FPGA示例计算机的指令系统
5.4 计算机的汇编语言程序设计
5.4.1 汇编语言程序设计中的有关概念
5.4.2 示例计算机的汇编语言程序设计举例
本章小结
习题与思考题
第6章 计算机的控制器部件
6.1 控制器的功能、组成与指令执行步骤概述
6.1.1 控制器部件的功能和组成概述
6.1.2 指令的执行步骤概述
6.2 硬连线控制器部件
6.2.1 硬连线控制器的组成和运行原理简介
6.2.2 TH_FPGA示例计算机系统的硬连线控制器部件
6.2.3 MIPS计算机的控制器部件
6.3 微程序的控制器部件
6.3.1 微程序控制器的基本组成和运行原理简介
6.3.2 微程序设计中的下地址形成逻辑和微程序设计
6.4 指令流水线的概念和实现技术
6.4.1 流水线的基本概念和主要性能指标
6.4.2 指令流水线中的相关问题及其解决思路
6.4.3 TH FPGA系统中的指令流水线方案
6.4.4 指令级并行技术
本章小结
习题与思考题
第7章 多级存储器系统
7.1 存储系统概述
7.1.1 存储器分类
7.1.2 存储器系统设计目标和存储体系的实现
7.2 存储器芯片
7.2.1 基本存储位
7.2.2 存储器芯片的组成
7.2.3 只读存储器
7.3 主存储器
7.3.1 主存储器概述
7.3.2 示例计算机的主存储器组成和设计
7.4 高速缓冲存储器
7.4.1 cache的基本结构和运行原理
7.4.2 主存与cache的地址映射
7.4.3 cache的命中率、写入与替换策略
7.5 外部存储器设备
7.5.1 外部存储设备概述
7.5.2 磁记录原理与记录方式
7.5.3 硬磁盘设备
7.5.4 光盘设备
7.5.5 U盘简介
7.6 虚拟存储器
7.6.1 虚拟存储器概述
7.6.2 段式虚拟存储器
7.6.3 页式虚拟存储器
7.6.4 段页式虚拟存储器
本章小结
习题与思考题
第8章 总线与输入/输出系统
8.1 总线
8.1.1 总线概述
8.1.2 总线结构
8.1.3 总线控制
8.1.4 总线举例
8.2 输入/输出系统
8.2.1 输入/输出系统概述
8.2.2 输入/输出设备
8.2.3 输入/输出接口
8.2.4 输入/输出控制方式
本章小结
习题与思考题
第9章 并行计算机体系结构
9.1 基础知识与基本概念
9.1.1 计算机体系结构的分类
9.1.2 并行计算机系统的性能问题
9.1.3 并行计算机系统的软件技术
9.2 SIMD计算机简介
9.3 基于共享内存的多处理机系统
9.3.1 一致性内存访问的IMA多处理机系统
9.3.2 非一致性内存访问的NUMA多处理机系统
9.3.3 仅高速缓存访问的COMA多处理机系统
9.4 基于消息传递的多计算机系统
9.4.1 大规模并行处理机
9.4.2 工作站集群
本章小结
习题与思考题
参考文献

第1章 计算机系统概述
本章首先介绍计算机系统的基本组成和它的层次结构,使读者从层次的观点,初步认识完整计算机系统硬件与软件的基本组成,**集中到计算机硬件的5个功能部件各自分担的功能及其相互的连接关系。接下来初步讨论计算机系统主要的性能和技术指标。之后对计算机硬件子系统的3部分知识,即计算机的体系结构、计算机组成和计算机实现进行说明,指明它们之间的联系与区别,帮助读者把握学习本门课程的主脉络。*后介绍计算机的发展过程,计算机系统的分类和推广应用的状况。
本章作为学习计算机组成原理课程的引导性的提纲,讲解了计算机系统中的某些基本概念和常用术语,希望读者能够从硬件和软件、整机和部件、知识和能力等多种对应关系的角度提高自己的学习质量。
1.1 计算机系统的基本组成及其层次结构
这里说的计算机系统(computer system)是指电子数字通用计算机系统,3个定语各自表明了计算机系统的一个方面的特性。“电子”一词表明使用电子线路(不同于机械、继电器等)来实现计算机硬件的关键逻辑功能,“数字”一词表明使用的电子线路是数字式电路(不同于模拟电路),运算和处理的数据是二进制的离散数据(不同于连续的电压或电流量),“通用”一词表明计算机本身的功能多样(不是专用于某种特定功能。),具有完成各种运算或数据处理的能力。
……

不能**于讲述原理,要注重原理的应用方法和实际效果,不能**于课堂授课,要鼓励学生参加实践提高开拓能力,不能**于讲授专业,要努力增强学生综合素质和事业心。
本书的核心内容将围绕如何学懂和构建一台简单的计算机硬件系统来安排,希望把作者多年来在清华大学主持建设“计算机组成原理”**级精品课程、研制和建设丰富的教学资源所取得的成果和心得体会充分反映到教材中。在知识层次方面,强调基本通用原理是基础,应**关注,并通过简明原理示例的具体内容来体现原理的应用方法与价值,深化对原理知识的理解,并为开展实践教学搭建平台。进一步在典型产品现状这个层次,引导学生了解计算机当前的技术水平和发展现状。
在讲解计算机组成和功能时,把通常的文字叙述和用硬件描述语言VHDL程序的严格描述结合起来,体现计算机的*新设计手段和实现技术。