《計算機原理》圍繞計算機系統的組成，詳細論述了計算機系統各個部分的組成及工作原理，并結合新的計算機應用技術，使內容更具有先進性和實用性。全書共11章，內容包括：計算機系統概論、計算機中數據的表示、運算方法與運算器、存儲器系統、指令系統、控制器、接口與輸入，輸出、外圍設備、總線、并行處理與互連網絡、多處理機與機群系統。《計算機原理》既可作為高等院校計算機及相關專業本科生的教材，也可作為非計算機專業研究生及計算機工程技術人員的參考用書。
計算機技術的迅速發展不僅推動了社會的進步，更對社會產生了深遠的影響，它正潛移默化地改變著人們的生產方式、工作方式、生活方式和學習方式。掌握計算機基本知識和應用技術已成為當今社會人們的迫切要求和參與社會競爭的必要條件，也是衡量個人素質的重要標志之一。
“計算機原理”是計算機科學與技術學科一門重要的專業基礎課程，在計算機硬件課程群中起著承上啟下的作用。為適應計算機的發展和教學改革的需要，編者結合多年的教學實踐經驗，首先進行內容“優化”，將計算機硬件課程群中相近的內容進行整合，使該教材既能體現原課程教材的主體面貌，又賦予了新的結構內容；其次突出內容“關聯”，將內容之間的聯系勾畫出來，展現在讀者面前，以達到“綱舉目張”之目的；最后采用“案例教學”，針對目前學生普遍存在的“對設計無從下手，對問題束手無策”等現象，采用“案例教學”是培養學生分析問題、解決問題行之有效的方法。
全書共11章，內容包括：計算機系統概論、計算機中數據的表示、運算方法與運算器、存儲器系統、指令系統、控制器、接口與輸入，輸出、外圍設備、總線、并行處理與互連網絡、多處理機與機群系統。
本書由張道光主編，劉衛光、夏冰擔任副主編。其中，第1章和第3章由王鼎媛編寫；第2、4、5章由張道光編寫；第6章由張書欽編寫；第7章和第8章由劉衛光編寫；第9章和第11章由董躍鈞編寫；第10章由夏冰編寫。全書由張道光、周兵統稿。周兵教授審閱了該書，并提出了許多寶貴意見，在此表示誠摯的感謝。
由于編者水平有限，書中難免存在疏漏之處，敬請廣大讀者批評指正。
第1章 計算機系統概論
1.1 計算機的發展與應用
1.1.1 計算機的發展階段和發展趨勢
1.1.2 計算機的應用
1.2 計算機系統的組成
1.2.1 計算機硬件系統
1.2.2 計算機軟件系統
1.2.3 計算機系統的層次結構
1.3 計算機系統結構
1.3.1 傳統馮？諾依曼計算機系統結構
1.3.2 現代計算機系統結構
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習題
第2章 計算機中數據的表示
2.1 進位計數制及其相互轉換
2.1.1 進位計數制
2.1.2 進位計數制的相互轉換
2.2 定點數的表示
2.2.1 符號的表示
2.2.2 小數點的表示
2.2.3 機器數形式
2.3 浮點數的表示
2.3.1 浮點數的格式
2.3.2 浮點數的規格化
2.3.3 浮點數的表示范圍
2.3.4.浮點數的機器零
2.4.非數值數據的表示
2.4.1 字符與字符串
2.4.2 BCD碼與十進制數
2.5 數據校驗碼
2.5.1 奇偶校驗碼
2.5.2 海明校驗碼
2.5.3 循環冗余校驗碼
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習題
第3章 運算方法與運算器
3.1 定點數的算術運算與實現
3.1.1 定點數加減運算
3.1.2 定點數乘法運算
3.1.3 定點數除法運算
3.2 邏輯運算和移位操作
3.2.1 邏輯運算
3.2.2 移位操作
3.3 定點運算器
3.3.1 算術邏輯單元
3.3.2 定點運算器的基本結構
3.3.3 定點運算器模型
3.4 浮點數的算術運算與浮點運算器
3.4.1 浮點數的加減運算
3.4.2 浮點數的乘法和除法運算
3.4.3 浮點運算器
并聯
習題
第4章 存儲器系統
4.1 存儲器概述
4.1.1 存儲器分類
4.1.2 存儲器系統結構
4.1.3 主存儲器的技術指標
4.2 半導體存儲器
4.2.1 半導體存儲器分類
4.2.2 存儲元電路
4.2.3 存儲器芯片
4.2.4 存儲器的擴展與應用
4.2.5 并行存儲器
4.3 每速緩沖存儲器
4.3.1 Cache基本原理
4.3.2 Cache的結構
4.3.3 Cache的讀，寫過程
4.4 虛擬存儲器
4.4.1 概述
4.4.2 頁式虛擬存儲器
4.4.3 段式虛擬存儲器
4.4.4 段頁式虛擬存儲器
4.4.5 替換算法
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習題
第5章 指令系統
5.1 指令系統與性能
5.1.1 指令與指令系統
5.1.2 指令系統的性能
5.2 機器指令
5.2.1 機器指令的格式
5.2.2 指令字的長度
5.2.3 機器指令的分類
.5.3 操作碼的編碼方法
5.3.1 定長編碼
5.3.2 變長編碼
5.4 地址碼的尋址方式
5.4.1 指令尋址方式
5.4.2 操作數尋址方式
5.5 典型的指令系統
5.5.1 復雜指令系統
5.5.2 精簡指令系統
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習題
第6章 控制器
6.1 CPU的功能和組成
6.1.1 CPU的功能
6.1.2 CPU的基本組成
6.2 控制器的時序系統和控制方式
6.2.1 有關周期的基本概念
6.2.2 時序信號與體制
6.2.3 時序信號發生器
6.2.4 控制方式
6.3 指令流程圖
6.3.1 典型指令及周期分析
6.3.2 指令周期流程
6.4 微程序控制器
6.4.1 基本概念
6.4.2 微程序控制器基本原理
6.4.3 微程序設計
6.4.4 微程序設計舉例
6.4.5 微程序控制器設計步驟
6.5 組合邏輯控制器
6.6 門陣列控制器
6.6.1 可編程邏輯陣列PLA
6.6.2 基本思想
6.7 流水線處理技術
6.7.1 指令執行方式
6.7.2 流水線的分類
6.7.3 線性流水線
6.7.4 流水線中的相關問題
6.8 多媒體技術
6.9 典型CPU簡介
6.9.1 8086CPU
6.9.2 Pentium微處理器
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習題
第7章 接口與輸入／輸出
7.1 接口概述
7.1.1 接口的功能與組成
7.1.2 I／0接口的編址方式
7.1.3 I／0接口地址的譯碼
7.2 輸入／輸出方式
7.2.1 程序控制傳送方式
7.2.2 中斷方式
7.2.3 直接存儲器方式
7.2.4 通道方式
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習題
第8章 外圍設備
8.1 外圍設備概述
8.1.1 外圍設備的概念
8.1.2 外圍設備的分類
8.1.3 外圍設備的功能
8.2 輸入設備
8.2.1 鍵盤
8.2.2 鼠標
8.2 5其他輸入設備
8.3 輸出設備
8.3.1 顯示器
8.3.2 打印機
8.4 外存儲設備
8.4.1 磁表面存儲器的原理
8.4.2 磁記錄方式
8.4.3 硬磁盤存儲器
8.4.4 光盤存儲設備
8.4.5 閃存
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習題
第9章 總線
9.1 總線技術概述
9.2 總線系統結構
9.2.1 總線通道組成
9.2.2 總線結構類型
9.3 總線信息傳送方式及定時
9.3.1 總線信息傳送方式
9.3.2 總線定時
9.4 總線的仲裁
9.4.1 集中式仲裁
9.4.2 分布式仲裁
9.5 計算機中的總線
9.5.1 內部總線
9.5.2 外部通信總線
9.6 新一代總線
9.6.1 PCIExpress總線
9.6.2 USB總線
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習題
第10章 并行處理與互連網絡
10.1 并行處理的概念
10.1.1 并行性
10.1.2 并行性的等級和分類
10.1.3 開發并行性的途徑
10.2 并行處理機基本結構
10.2.1 ，并行處理機的兩種典型結構
10.2.2 并行處理機的特點
10.3 SIMD計算機基本結構
10.3.1 SIMD計算機模型
10.3.2 SIMD計算機發展過程
10.3.3 IlliacIV計算機
10.3.4 BSP計算機
10.3.5 CM.2 計算機
10.4 SIMD計算機的應用
10.4.1 計算模型及有限差分
10.4.2 陣列處理機的幾種基本算法
10.5 互連網絡的概念
10.5.1 互連網絡的基本概念和作用
10.5.2 特性參數和性能參數
10.5.3 互連函數
10.6 靜態互連網絡
10.6.1 靜態互連網絡結構
10.6.2 靜態互連網絡特性
10.7 動態互連網絡
10.7.1 動態互連網絡的互連形式
10.7.2 動態網絡互連方式的比較
10.7.3 多級互連網絡
10.8 互連網絡的消息傳遞機制
10.8.1 消息尋徑
10.8.2 死鎖和虛擬通道
10.8.3 單播方式下的尋徑
10.8.4 廣播方式下的尋徑
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習題
第11章 多處理機與機群系統
11.1 多處理機系統特點與分類
11.1.1 基本結構
11.1.2 多處理機系統特點
11.1.3 多處理機系統的Cache一致性問題
11.2 多處理機軟件和典型的多處理機系統
11.2.1 并行算法
11.2.2 程序并行性分析
11.2.3 并行程序設計語言
11.2.4 MPP和SMP
11.2.5 CM－5系統
11.2.6 SGIOrigin2000系列服務器
11.3 機群系統
11.3.1 機群系統的結構特點
11.3.2 機群系統的關鍵技術
11.3.3 提高通信系統的性能
11.3.4 幾種典型系統
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6.2.2 時序信號與體制
時序信號是對操作控制信號實施時間控制而形成的信號，是利用定時脈沖的順序和不同的脈沖間隔，有條理、有節奏地指揮機器的動作，規定在這個脈沖到來時做什么，在那個脈沖到來時又做什么，給計算機各部分提供工作所需的時間標志。為此，需要采用周期、節拍、脈沖多級時序體制。至于計算機內存中所存放的二進制形式的指令和數據的區分問題，我們可以從兩個層面上進行區分，一是從時間上來說，取指令是發生在指令周期的第一個CPU周期中，即發生在“取指令”階段，而取數據是發生在指令周期的后面幾個CPU周期中，即發生在“執行指令”階段；二是從空間上來說，如果取出的代碼是指令，那么一定送往指令寄存器，如果取出的代碼是數據，那么一定送往運算器。由此可見，時間控制對計算機來說是十分重要，計算機的協調動作需要時間標志，而時間標志則是用時序信號來體現的，控制器所產生的各種控制信號都是時間因素（時序信號）和空間因素（部件）的函數。
時序信號最基本的體制是電位一脈沖制，該體制下最容易理解的例子是寄存器之間的數據傳送，數據加在觸發器的電位輸入端，用電位的高低來表示數據是“1”還是“0”；而打入數據的控制信號加在觸發器的時鐘輸入端，且要求打入數據的控制信號到來之前，電位信號必須是穩定的，只有電位信號先建立，打入到寄存器中的數據才是可靠的。
在組合邏輯控制器中，時序信號的體制往往采用周期一節拍一脈沖三級體制，即一個CPU周期包含多個節拍，每個節拍又允許包含多個脈沖。圖6.3中，一個CPU周期包含4個節拍，每個節拍又包含1個脈沖。
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