全国高等职业教育计算机类规划教材：计算机组成原理（第3版）

《计算机组成原理（第3版）》实例讲解，实训强化，培养技能，面向就业。第一二版教材深受广大高职院校的欢迎，被全国各地100多所高职高专院校采用，累计印数已达十几万册。
第三版更适合高职学生学习及掌握信息科学与计算机技术的新成果，注重内容的先进性、实用性，以教授技能为主，以了解理论为辅，力求反映计算机技术的最新发展趋势。

《计算机组成原理（第3版）》是专门为高职高专的计算机专业及相关专业编写的计算机课程教材。全书按基础、组成、系统三个层次介绍了计算机的组成原理。基础部分包括计算机系统概论、信息编码及其在计算机中的表示、组成计算机硬件的基本器件、机器数的运算方法；组成部分包括运算器、指令系统、主存储器和中央处理器；系统部分包括计算机的存储系统、系统总线、外围设备和输入/输出系统。
《计算机组成原理（第3版）》针对高职和高专教学特点组织内容，立足于计算机专业，并兼顾非计算机专业，注重内容的先进性、实用性，以教授技能为主，但不忽视理论知识。
《计算机组成原理（第3版）》以通俗的语言介绍了计算机组成的基本原理，层次清晰，内容丰富，重点突出，语言简洁，深入浅出，通俗易懂，例题丰富，图文并茂，注重理论与实践相结合，力求反映微机技术的最新发展趋势，适合学生循序渐进地学习。每章后均附有相当数量的习题可供教师布置作业，并提供了参考答案。《计算机组成原理（第3版）》是高职高专层次计算机专业及相关专业的合适教材，也可作为有关职业人员的学习参考。

第1章 计算机系统概论 （1）
1.1 计算机系统简介 （1）
1.1.1 计算机硬件和软件的概念 （1）
1.1.2 计算机的基本组成 （2）
1.1.3 计算机程序、指令和语言 （4）
1.1.4 计算机系统的层次结构 （6）
1.2 计算机的分类及其应用 （8）
1.2.1 计算机的分类 （8）
1.2.2 计算机的应用 （11）
1.3 计算机的特点和主要性能指标 （13）
1.3.1 计算机的特点 （13）
1.3.2 计算机硬件的主要技术指标 （14）
1.4 电子计算机的发展 （16）
1.4.1 电子计算机的发展历史 （16）
1.4.2 微型计算机的发展 （18）
1.4.3 计算机的发展展望 （20）
习题1 （21）

第2章 信息编码及其在计算机中的表示 （24）
2.1 信息的数字化编码和信息的数据类型 （24）
2.1.1 信息的数字化编码 （24）
2.1.2 信息的数据类型 （24）
2.2 进位计数制及其相互转换 （25）
2.2.1 常用的进位计数制 （25）
2.2.2 常用进位计数制间的相互转换 （26）
2.3 非数值数据的表示 （30）
2.3.1 字符数据的表示 （30）
2.3.2 汉字编码 （31）
2.4 数值数据的表示和运算 （34）
2.4.1 机器数 （34）
2.4.2 定点数的原码、反码、补码和移码 （38）
2.4.3 定点数和浮点数 （42）
2.4.4 十进制数的编码 （45）
2.5 数据校验码 （49）
2.5.1 码制的距离 （49）
2.5.2 奇偶校验码 （49）
2.5.3 汉明校验码 （50）
2.5.4 循环冗余校验码 （52）
习题2 （54）

第3章 组成计算机硬件的基本器件 （57）
3.1 逻辑代数与逻辑电路 （57）
3.1.1 逻辑代数 （57）
3.1.2 逻辑电路 （62）
3.2 组合逻辑电路 （63）
3.2.1 加法器 （64）
3.2.2 算术逻辑单元 （65）
3.2.3 译码器 （65）
3.2.4 数据选择器 （66）
3.3 时序逻辑电路 （66）
3.3.1 触发器 （66）
3.3.2 寄存器 （68）
3.3.3 计数器 （70）
3.4 总线缓冲器和总线控制器 （71）
3.4.1 总线缓冲器 （71）
3.4.2 总线控制器 （72）
3.5 时钟发生器 （73）
3.5.1 时钟发生器芯片8284介绍 （73）
3.5.2 8284与CPU的连接 （74）
习题3 （74）

第4章 机器数的运算方法及运算器 （77）
4.1 机器数的加减运算及其实现 （77）
4.1.1 原码加法 （77）
4.1.2 补码加法 （78）
4.1.3 减法运算 （81）
4.1.4 补码加减运算线路的实现 （82）
4.2 定点乘法及其实现 （83）
4.2.1 原码一位乘法及其实现 （83）
4.2.2 定点补码一位乘法及其实现 （85）
4.2.3 原码两位乘法 （88）
4.2.4 补码两位乘法 （89）
4.3 定点除法及其实现 （91）
4.3.1 定点原码除法 （91）
4.3.2 定点补码除法 （94）
4.4 浮点数的算术运算 （96）
4.4.1 浮点数的补码加法运算 （96）
4.4.2 浮点数的乘法运算 （96）
4.4.3 浮点数的除法运算 （97）
4.5 运算器的组成和结构 （97）
4.5.1 算术逻辑单元ALU （97）
4.5.2 通用寄存器组 （99）
4.5.3 状态寄存器 （100）
4.5.4 数据通路 （100）
4.5.5 运算器的基本结构 （103）
4.5.6 运算器组成实例 （105）
4.6 浮点运算器 （107）
4.6.1 浮点运算器的硬件配置 （107）
4.6.2 80387的主要性能 （107）
4.6.3 80387的内部结构 （108）
4.6.4 80387的硬件特性 （110）
4.6.5 协处理器的工作方式 （111）
习题4 （111）

第5章 指令系统 （114）
5.1 机器指令的格式 （114）
5.1.1 指令的含义 （114）
5.1.2 指令格式 （114）
5.1.3 指令格式举例 （116）
5.1.4 指令操作码的编码格式 （117）
5.1.5 指令字长度与机器字长的关系 （118）
5.1.6 指令助记符 （119）
5.2 寻址方式 （119）
5.2.1 寻址方式和有效地址的概念 （119）
5.2.2 基本寻址方式 （120）
5.2.3 寻址方式举例 （123）
5.3 指令的种类 （126）
5.3.1 数据传送类指令 （126）
5.3.2 算术逻辑运算类指令 （127）
5.3.3 字符串处理指令 （128）
5.3.4 输入/输出（I/O）指令 （129）
5.3.5 特权指令和陷阱指令 （129）
5.3.6 转移指令 （130）
5.3.7 子程序调用指令 （131）
5.3.8 处理器控制指令 （132）
5.4 指令的执行方式 （132）
5.4.1 指令的顺序执行方式 （132）
5.4.2 重叠执行方式 （132）
5.4.3 流水线方式 （133）
5.4.4 指令的执行过程 （134）
5.5 精简指令计算机（RISC）的指令系统 （138）
5.5.1 RISC的由来与发展 （138）
5.5.2 RISC的特点 （138）
5.5.3 RISC指令系统举例 （139）
习题5 （141）

第6章 存储器系统 （145）
6.1 存储器与存储系统概述 （145）
6.1.1 存储器的作用 （145）
6.1.2 存储器分类 （146）
6.1.3 存储器的层次结构 （148）
6.2 主存储器 （149）
6.2.1 主存储器的性能技术指标 （149）
6.2.2 随机存取存储器 （151）
6.2.3 只读存储器 （163）
6.3 并行主存储器 （167）
6.4 高速缓冲存储器 （170）
6.4.1 程序访问的局部性 （170）
6.4.2 高速缓冲存储器的工作原理 （170）
6.4.3 高速缓冲器的组织与管理 （172）
6.5 虚拟存储器 （175）
6.5.1 虚拟存储器概述 （176）
6.5.2 页式虚拟存储器 （177）
6.5.3 段式虚拟存储器 （180）
6.5.4 段页式虚拟存储器 （181）
6.6 辅助存储器 （182）
6.6.1 硬磁盘存储器 （183）
6.6.2 磁带存储器 （185）
6.6.3 光盘存储器 （186）
6.6.4 闪烁存储器和移动存储设备 （189）
习题6 （191）

第7章 中央处理器 （196）
7.1 中央处理器的功能及组成 （196）
7.1.1 CPU的功能 （196）
7.1.2 CPU的组成 （196）
7.1.3 CPU中的主要寄存器 （198）
7.2 指令周期 （199）
7.2.1 指令周期的基本概念 （199）
7.2.2 非访内指令的指令周期 （201）
7.2.3 直接访内指令的指令周期 （203）
7.2.4 间接访内指令的指令周期 （205）
7.2.5 程序控制指令的指令周期 （207）
7.3 组合逻辑控制器 （207）
7.4 微程序控制器 （208）
7.4.1 微程序控制器的基本概念 （208）
7.4.2 微程序控制器的组成原理 （209）
7.4.3 微指令结构 （210）
7.4.4 微指令的执行方式 （216）
7.4.5 微程序控制例题 （217）
7.5 流水线处理器 （221）
7.5.1 流水线原理 （221）
7.5.2 流水线分类 （223）
7.5.3 流水线中的相关问题 （224）
7.6 RISC CPU （227）
7.6.1 RISC机的优点 （227）
7.6.2 RISC CPU （227）
7.7 CPU的发展 （229）
7.7.1 CPU采用的新技术 （229）
7.7.2 CPU的新发展 （231）
习题7 （235）

第8章 系统总线 （238）
8.1 总线概述 （238）
8.1.1 总线的基本概念 （238）
8.1.2 总线原理 （239）
8.1.3 总线结构类型 （239）
8.1.4 总线的分类 （241）
8.2 总线的组成 （243）
8.2.1 总线驱动和三态门 （243）
8.2.2 总线控制 （244）
8.2.3 总线通信 （246）
8.2.4 出错处理 （248）
8.3 微机总线 （248）
8.3.1 ISA总线 （248）
8.3.2 EISA总线 （249）
8.3.3 MCA总线 （249）
8.3.4 局部总线PCI （249）
8.3.5 AGP总线 （250）
8.3.6 通用串行总线USB （250）
习题8 （252）

第9章 外围设备与多媒体技术 （255）
9.1 外围设备概述 （255）
9.1.1 什么是外围设备 （255）
9.1.2 外围设备的分类和功能 （255）
9.1.3 外围设备与主机系统的联系 （258）
9.1.4 外围设备的发展方向 （259）
9.2 输入设备 （260）
9.2.1 键盘 （260）
9.2.2 鼠标器 （263）
9.2.3 扫描仪 （265）
9.2.4 数码相机 （268）
9.3 显示设备 （270）
9.3.1 显示设备的分类 （270）
9.3.2 显示技术中的有关术语 （271）
9.3.3 显示器的工作原理 （272）
9.3.4 显示器的主要性能指标 （274）
9.3.5 显示控制卡 （276）
9.3.6 LCD显示器和CRT显示器的比较及显示技术未来发展趋势 （278）
9.4 打印机和绘图仪 （279）
9.4.1 打印机的分类 （279）
9.4.2 点阵针式打印机 （280）
9.4.3 激光打印机 （283）
9.4.4 喷墨打印机 （284）
9.4.5 打印机的主要性能指标 （285）
9.4.6 绘图仪 （286）
9.5 多媒体技术 （288）
9.5.1 多媒体概述 （288）
9.5.2 多媒体技术的特点 （290）
9.5.3 多媒体信息处理的关键技术 （291）
9.5.4 多媒体技术的应用领域 （296）
习题9 （297）

第10章 输入输出系统 （301）
10.1 I/O系统概述 （301）
10.1.1 I/O系统的功能与组成 （301）
10.1.2 输入/输出设备的寻址方式 （302）
10.1.3 输入输出数据传送控制方式 （303）
10.2 程序查询输入/输出方式 （304）
10.2.1 程序查询方式的接口 （304）
10.2.2 程序查询输入/输出方式 （305）
10.3 程序中断输入输出方式 （306）
10.3.1 中断的基本概念 （306）
10.3.2 中断方式的接口 （307）
10.3.3 中断的响应和处理 （308）
10.3.4 多级中断 （309）
10.4 DMA方式 （310）
10.4.1 DMA方式的基本概念 （310）
10.4.2 DMA传送方式 （311）
10.4.3 基本的DMA控制器 （312）
10.4.4 DMA工作过程 （313）
10.5 通道方式 （314）
10.5.1 通道的作用和功能 （314）
10.5.2 通道的种类 （315）
10.5.3 通道的工作过程 （316）
习题10 （317）

第11章 计算机组成实验指南 （320）
11.1 THJZ-1型计算机组成原理实验系统概述 （320）
11.1.1 引言 （320）
11.1.2 系统组成与特点 （320）
11.1.3 系统通用电路简介 （321）
11.1.4 系统控制信号定义及说明 （324）
11.1.5 系统技术指标 （325）
11.1.6 系统使用与初始化 （326）
11.2 实验内容 （327）
11.2.1 实验一 运算器组成实验 （327）
11.2.2 实验二 存储器实验 （329）
11.2.3 实验三 数据通路实验 （331）
11.2.4 实验四 微程序控制实验 （333）
11.2.5 实验五 计算机组成与指令周期实验 （336）
11.3 集成电路说明及其他 （341）
11.3.1 集成电路说明 （341）
11.3.2 微指令代码表 （343）
11.3.3 8位数据通路原理图 （343）

习题答案 （346）
习题1 （346）
习题2 （347）
习题3 （347）
习题4 （348）
习题5 （349）
习题6 （350）
习题7 （351）
习题8 （351）
习题9 （352）
习题10 （353）
参考文献 （354）

1.2.1 计算机的分类计算机有多种分类方法。按照处理的信息形式分：可分为数字计算机和模拟计算机。用脉冲编码表示数字，处理的是数字信息，这类计算机是数字计算机；处理长度、电压、电流等模拟量的计算机称为模拟计算机。按照用途及使用范围，可分为通用机和专用机。通用机的特点是通用性强，具有很强的综合处理能力，能够解决各种类型的问题。专用机则功能单一，一定要配备解决特定问题的软件，才能高速、可靠地解决特定问题。如工业控制机专为某一工业控制问题而设计。按字长分：还可把计算机分为8位机、16位机、32位机和64位机等。
20世纪90年代以前，计算机界通常是按照计算机的规模把计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机，现在则一般按照计算机的规模、运算速度、使用范围等综合考虑，把计算机分为：高性能计算机、微型计算机（PC机）、工作站、服务器、嵌入式计算机5类。
1.高-性能计算机
高性能计算机是指处理量大、运算速度快的计算机领域的高尖端产品，高性能计算机是衡量一个国家综合国力的重要标志，是现代大型建设与研究项目的必备条件，是国家信息化建设的根本保证，是本世纪IT领域人们争夺的制高点。发展高性能计算机，可以带动科学技术的进步，解决国民经济建设、社会发展进步、国防建设与国家安全等方面一系列的挑战性问题，促进我国相关产业的快速发展。
衡量高性能计算机的水准主要是看其计算能力。过去通常被称为巨型机或大型机。目前一般是指运算速度在万亿次以上，价格在10万元以上的计算机系统。它之所以被称为高性能计算机，主要是它跟微机和低档PC服务器相比而言具有性能、功能方面的优势。高性能计算机也有高、中、低档之分，中档系统近年来市场发展最快。从应用与市场角度来画分，中高档系统可分为两种，一种叫超级计算机，主要是用于科学工程计算及专门的设计，如CrayT3E；另一种叫超级服务器，可以用来支持计算、事务处理、数据库应用、网络应用与服务，如IBM的SP和国产的曙光2000／3000／4000／5000。高性能计算机数量不多，但却有重要和特殊的用途。在军事上，可用于战略防御系统、大型预警系统、航天测控系统等。在民用方面，可用于大区域中长期天气预报、大面积物探信息处理系统、大型科学计算和模拟系统等。
美国一直是世界上最重视高性能计算机、投入最多和受益最大的国家，其研究也领先于世界。日本也非常重视高性能计算机的研发。

《计算机组成原理》是各类高等学校计算机科学与技术学科下各专业的一门主干必修专业基础课程，也是电子、信息类学科各专业必修的专业基础课之一。它的特点是涉及的知识面广、概念多、内容抽象、难度大，在专业课与基础课之间起着承上启下的作用。计算机科学与技术是一门知识更新非常快的学科，有关计算机学科的教材必须及时更新。
本书第1、2版出版以后，深受广大高职高专院校的欢迎，全国各地100多所高职高专院校采用本书作为《计算机组成原理》课程的教材，累计印数已达十几万册。许多同行老师积极肯定了本书的成功之处，表示要继续使用，同时也提出了许多中肯的意见，希望本书继续修订，补充适当内容后再版。为了使广大读者更好地学习《计算机组成原理》这门课，本书在第2版的基础上进行了修订。
《计算机组成原理（第3版）》在教材体系结构上做了一定调整，使全书更适合学生学习和掌握新的信息科学与计算机技术内容，主要按照以下6条原则进行修订：
（1）教材的总体结构保持不变，适当地调整和增加内容；
（2）以微机为背景，从介绍微机各组成部件的基础知识和理论着手，使读者逐步理解计算机的组成原理；
（3）充分利用当代计算机硬件技术的发展成果，尽量吸收当代计算机硬件发展的先进技术，使教材体现先进性；
（4）内容要适合高职高专层次学生，不涉及计算机系统结构和原理方面太深的内容，尽量以通俗的语言介绍了计算机组成的基本原理；
（5）基本概念必须清楚，系统性要强，使学生能建立计算机的整机概念；
（6）为了使教师更好地布置作业和学生练习，适当增加例题和习题内容。
本书层次清晰，内容丰富，注重理论与实践相结合，力求反映微机技术的最新发展，适合学生循序渐进地学习。