本書是工業和信息化部“十二五”規劃教材，是哈爾濱工業大學國家級優秀教學團隊的教學成果，全書共9章，內容包括緒論（含馮諾依曼計算機模型、計算機的基本結構、計算機系統的分類和性能評價等），計算機中信息的表示與運算（含算術邏輯單元ALU），處理器，控制器，總線技術，存儲系統（含Cache和虛擬存儲器），8086/8088匯編語言程序設計，計算機外部設備，輸入/輸出接口（含中斷系統）。圖靈機模型、數制及其轉換、相聯存儲器等內容以附錄形式給出，涵蓋了計算機組成與匯編程序設計的主要內容。本書的內容深度適宜，與技術發展保持同步；行文流暢，深入淺出，文理兼容。例題涵蓋了從2009年到2013年五年的計算機專業碩士研究生入學全國統一考試全部試題的詳盡解答，實用性強。并為任課老師免費提供教學課件等資源。
哈工大優秀教學團隊成果，工信部“十二五”規劃教材，免費提供教學課件。
李東，哈工大計算機學院教授，教學帶頭人。該課程于2007年被評為校優秀課程，并被列為“黑龍江省新世紀教改項目”；本課程電子課件獲第三屆黑龍江省高校課件評比二等獎；作者獲學校優秀教學獎；作者的教學論文獲省高等教育科學成果二等獎。
第1章 緒論
1.1 計算機的發展歷程
1.2 馮·諾依曼計算機模型
1.3 計算機的組成結構
1.3.1 計算機的基本組成
1.3.2 計算機體系結構、計算機組成與計算機實現
1.3.3 計算機系統的層次結構
1.4 計算機系統的分類
1.4.1 綜述
1.4.2 弗林分類法
1.5 計算機的性能評價指標
1.6 微處理器與微型計算機
1.6.1 微處理器與微型計算機的產生與發展
1.6.2 多核微處理器
1.7 中國計算機事業的發展歷程 第1章 緒論
1.1 計算機的發展歷程
1.2 馮·諾依曼計算機模型
1.3 計算機的組成結構
1.3.1 計算機的基本組成
1.3.2 計算機體系結構、計算機組成與計算機實現
1.3.3 計算機系統的層次結構
1.4 計算機系統的分類
1.4.1 綜述
1.4.2 弗林分類法
1.5 計算機的性能評價指標
1.6 微處理器與微型計算機
1.6.1 微處理器與微型計算機的產生與發展
1.6.2 多核微處理器
1.7 中國計算機事業的發展歷程
1.8 計算機的特點及應用
1.8.1 計算機的特點
1.8.2 計算機的應用
1.9 計算機的發展
1.9.1 計算機發展的動力
1.9.2 計算機的發展趨勢
習題1
第2章 計算機中信息的表示與運算
2.1 數據的表示
2.1.1 定點數的表示
2.1.2 浮點數的表示
2.2 定點數的運算
2.2.1 邏輯運算
2.2.2 移位運算
2.2.3 加法與減法運算
2.2.4 乘法運算
2.2.5 除法運算
2.2.6 算術邏輯單元ALU
2.3 浮點數的運算
2.3.1 浮點數加、減運算
2.3.2 浮點數乘、除運算
2.4 面向錯誤檢測與糾錯的數據編碼
2.5 字符與字符串
2.6 面向存儲與傳輸的數據編碼
習題2
第3章 處理器
3.1 處理器的指令集
3.1.1 概述
3.1.2 指令的操作碼與操作數
3.1.3 尋址方式
3.1.4 指令的基本功能與指令集設計
3.1.5 指令的格式
3.1.6 面向多媒體處理的增強指令
3.2 處理器的組成與工作過程
3.2.1 處理器的基本功能和基本組成
3.2.2 計算機的工作過程
3.2.3 采用流水線技術的處理器
3.3 從CISC到RISC
3.3.1 RISC產生的背景
3.3.2 RISC的定義
3.3.3 指令級并行ILP技術
3.4 Intel 80X86系列微處理器
3.4.1 Intel 8086/8088 微處理器
3.4.2 Intel 80286、80386和80486微處理器
3.4.3 Intel Pentium系列微處理器
3.5 ARM系列微處理器
3.5.1 概述
3.5.2 ARM微處理器的模式、工作狀態和寄存器組成
3.5.3 ARM微處理器的存儲器組成和尋址方式
3.5.4 ARM微處理器的指令集
習題3
第4章 控制器
4.1 控制器概述
4.2 硬布線控制器
4.3 微程序控制器
習題4
第5章 總線技術
5.1 概述
5.2 總線的設計與實現
5.3 總線控制
5.3.1 總線仲裁
5.3.2 總線通信控制
5.4 總線的性能指標
5.5 總線標準
5.5.1 微型計算機系統總線標準
5.5.2 微型計算機局部總線標準
5.5.3 I/O總線標準舉例
習題5
第6章 存儲系統
6.1 存儲器的分類與性能評價
6.1.1 存儲器的分類
6.1.2 存儲器的性能評價
6.2 存儲器訪問的局部性原理與層次結構的存儲系統
6.2.1 存儲器訪問的局部性原理
6.2.2 層次結構的存儲系統
6.3 半導體存儲器
6.3.1 隨機訪問半導體存儲器RAM
6.3.2 只讀存儲器ROM
6.4 主存儲器
6.4.1 主存儲器組成
6.4.2 提高主存儲器訪問帶寬的方法
6.4.3 奔騰微機主存儲器組成
6.4.4 存儲芯片的發展
6.5 高速緩沖存儲器Cache
6.5.1 Cache的工作原理
6.5.2 地址映像與變換
6.5.3 替換算法
6.5.4 寫入策略
6.5.5 兩級Cache與分裂型Cache
6.5.6 Cache的性能評價
6.6 虛擬存儲器
6.6.1 多道程序下的內存管理
6.6.2 段式存儲管理
6.6.3 頁式存儲管理
6.6.4 頁式虛擬存儲器
習題6
第7章 8086/8088匯編語言程序設計
7.1 引言
7.2 順序程序設計
7.3 分支結構程序設計
7.4 循環結構程序設計
7.5 字符串操作程序設計
7.6 宏、條件匯編與重復匯編
7.7 子程序設計
7.8 8086/8088微處理器的其他指令與應用
習題7
第8章 計算機外部設備
8.1 輸入設備
8.1.1 鍵盤
8.1.2 鼠標
8.2 輸出設備
8.2.1 陰極射線管顯示器
8.2.2 平板顯示器
8.2.3 打印機
8.3 輔存設備
8.3.1 硬盤
8.3.2 光盤
8.3.3 U盤和固態硬盤
習題8
第9章 輸入/輸出接口
9.1 I/O技術的發展
9.2 I/O接口的組成與工作原理
9.3 中斷系統
9.3.1 中斷的處理過程
9.3.2 中斷屏蔽
9.3.3 中斷控制器8259A
9.3.4 8086/8088微處理器的中斷系統
9.4 DMA技術
9.5 通道技術
習題9
附錄A 圖靈機模型
附錄B 歷年圖靈獎獲得者
附錄C 數制及其轉換
附錄D EBCDIC碼
附錄E 8086/8088指令格式
附錄F 相聯存儲器
參考文獻
再 版 前 言
《大學計算機組成原理教程》自2012年7月出版以來，受到了廣大讀者，特別是高校教師和學生的廣泛好評。國內幾十所所高校將其選為計算機科學與技術、軟件工程、物聯網工程、信息安全、網絡工程、教育技術、信息管理與信息系統等專業必修課教材，產生了非常好的社會影響。本教材也因此入選“工業和信息化部‘十二五’規劃教材”。
“計算機組成原理”的教學內容主要包括：電子計算機的發展歷程，電子計算機的基本組成與工作原理，電子計算機的分類與性能評價，多核處理器；信息在計算機中的表示與運算方法，計算機指令與指令集，CISC與RISC，處理器的基本組成，控制器的組成與工作原理，存儲器與存儲系統，總線系統，匯編語言程序設計，輸入/輸出系統，CPU和主存儲器的內部組成和工作原理，輔助存儲器和外部設備（如鍵盤、鼠標、顯示器、硬盤、光盤）等。
通過本書的學習，讀者不僅可以了解和掌握電子計算機的工作原理以及匯編語言程序設計的基本方法，更重要的是，通過了解計算機科學與技術兩方面的發展過程和內在規律，培養讀者解決問題的能力、計算思維和創新意識。
本書內容新穎、全面，實用性強。其特點如下：
（1）內容全面，深度適宜，與技術發展保持同步。本書內容包括：電子計算機的發展歷程，計算機的基本結構，計算機中信息的表示與運算，處理器，總線技術，存儲系統，控制器，輸入/輸出接口與中斷系統，8086/8088匯編語言程序設計，計算機外部設備。涵蓋了計算機組成原理與匯編語言程序設計的全部內容，其中Unicode字符集、多核處理器和鐵電存儲器等都屬于前沿的計算機技術。事實上，本書吸收了截至2014年7月的計算機技術的最新成果。
（2）提高解決問題能力，培養工程素養、計算思維和創新意識。本書對計算機的結構與組成技術進行了深入分析，引出“計算思維是指運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。計算思維的核心是抽象和自動化”的概念和“計算思維就在我們身邊”的結論，從而幫助學生克服計算機的神秘感，透過現象看本質，把握計算機技術發展的規律，提高解決問題的能力，培養工程素養、計算思維和創新意識。
（3）論述流暢，形式靈活，深入淺出。本書傾注了作者10多年的教學經驗，逐句逐字親自撰寫、反復修改而成。內容的展開符合學生的認知習慣，行文通俗易懂，技術主線明確，課程要求的核心內容、主要內容以正文的形式出現，一些非核心內容以課后習題的形式出現，讓學生“在做中學”。
（4）習題豐富，形式多樣。每章都提供了豐富的習題，題型有：簡答題、填空題、選擇題、設計題。更有特色的是提供了學習型習題。讀者可以通過閱讀習題掌握新的知識，并應用這些知識獨立解決問題。
（5）內容實用性強。本書例題涵蓋了從2009年到2013年的計算機專業碩士研究生入學全國統一考試全部試題。讀者不僅可以從本書中得到對這些試題的詳盡解答，而且可以根據不同章節試題或例題的多少來了解考試的重點和難點。
本次修訂，根據讀者的反饋意見和教育部考試中心頒布的《全國碩士研究生入學統一考試計算機科學與技術學科聯考計算機學科專業基礎綜合考試大綱》，在第1版的基礎上，進行了全面的修改，其中重點修訂工作如下：① 在第2章的“算術邏輯單元ALU”部分，增加了“串行加法器和并行加法器”以及“ALU舉例：SN74181和SN74182”；② 將第2.5節“字符的表示”改進為“字符與字符串”，增加了“字符串”的相關內容；③ 在第8章“計算機外部設備”中，細化了“磁盤陣列RAID”的內容，增加了“U盤和固態硬盤”的內容；④ 將“控制器”一章調整到“處理器”這一章的后邊，使兩章連接在一起，便于教與學的連續進行；⑤ 增加了“2013年全國碩士研究生入學統一考試計算機科學與技術學科聯考計算機學科專業基礎綜合考試試題”的解答與分析；⑥ 增加或重新繪制了許多插圖，有針對性地增加了一些例題和習題。
本書由李東和柏軍負責統稿，第1～3章和全部附錄由李東編寫，第4章由程丹松編寫，第5、6章和第9章由柏軍編寫，第7章由張策編寫，第8章由張英濤編寫，何輝和石代鋒參與了部分章節的編寫。哈爾濱工業大學的史先俊、劉松波、宋穎慧、徐冰、黃慶成、王偉、吳銳、張宇、孫春奇、舒燕君等參與了書中例題和習題的編撰工作。吉帥、聶建宏、王文邦、鄭鈺、范晟銘、潘輝等協助完成了書中圖、表的繪制以及書稿的校對工作。
東北林業大學的趙更寅老師為本書的再版特地提供了書面改進意見，在此深表感謝！
在本書編寫過程中，得到了哈工大軟件學院和計算機學院的領導、同事的大力幫助和積極鼓勵。哈工大計算機學院劉宏偉副院長、哈工大（威海）計算機學院季振洲副院長和李斌教授對本書的編寫給予了大力支持，在此深表感謝！
本書的授課學時建議為48學時，并為任課老師免費提供教學課件，免費注冊下載地址是華信教育資源網。
本書有大量的算法語句、程序語句及計算公式，對于其中的變量，為了方便讀者閱讀，避免歧義，不再區分正、斜體，而是統一采用正體，特此說明。
由于編者水平有限，書中疏漏和錯誤在所難免，懇請讀者批評指正。讀者有反饋意見或同行教師有教學心得與體會交流，歡迎聯系我們。
編者
于哈爾濱工業大學
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