本书从计算机组成原理与系统结构的基本概念出发，较为详细、系统地论述了计算机单机系统的基本组成、工作原理和设计方法；并从提高计算机性能的角度做了进一步分析和探讨。全书共分10章，主要内容包括计算机组成原理概论、总线、信息编码与数据表示、运算方法与运算器、存储系统、指令系统、控制器、RISCV与ARM模型机设计实例、输入输出系统、流水线与并行处理技术。

本书配有相应的FPGA实验系统、Yyz02计算机组成原理实验系统及其实验软件，使理论教学与实践环节相结合，提高学生的学习兴趣及动手能力。

本书可作为高等学校计算机相关专业本科“计算机组成原理”课程的教材，也可供从事计算机专业的科技人员、计算机爱好者及各类自学人员参考。

前辅文
第1章 计算机组成原理概论
  1.1 计算机的产生与发展
   1.1.1 计算机的产生
   1.1.2 计算机的发展
   1.1.3 微型计算机的发展
   1.1.4 中国计算机的发展
  1.2 计算机的分类和应用
   1.2.1 计算机的分类
   1.2.2 计算机的应用
  1.3 计算机系统的组成和层次结构
   1.3.1 计算机硬件、软件及其关系
   1.3.2 计算机硬件系统
   1.3.3 计算机软件系统与计算机语言
   1.3.4 计算机系统的层次结构
  1.4 计算机的性能指标
  本章小结
  习题
第2章 总线
  2.1 总线的基本概念
   2.1.1 总线的特性
   2.1.2 总线的分类
   2.1.3 总线的性能指标
  2.2 总线系统结构
   2.2.1 单总线结构
   2.2.2 多总线结构
  2.3 总线标准
   2.3.1 总线标准与接口标准
   2.3.2 常用的总线与接口标准
  2.4 总线控制
   2.4.1 总线仲裁
   2.4.2 总线定时
  本章小结
  习题
第3章 信息编码与数据表示
  3.1 数制
   3.1.1 进位记数制
   3.1.2 数制转换
   3.1.3 十进制数的编码
  3.2 数值数据的格式
   3.2.1 无符号数和有符号数
   3.2.2 定点和浮点表示
  3.3 定点机器数表示方法
   3.3.1 原码表示法
   3.3.2 补码表示法
   3.3.3 反码表示法
   3.3.4 移码表示法
  3.4 浮点机器数表示方法
   3.4.1 浮点数的格式
   3.4.2 浮点数的规格化表示
   3.4.3 浮点数的表示范围
   3.4.4 IEEE 754浮点数标准
  3.5 非数值数据的表示
   3.5.1 字符编码
   3.5.2 汉字编码
  3.6 校验码
   3.6.1 校验码概述
   3.6.2 奇偶校验码
   3.6.3 海明校验码
  3.7 现代计算机系统的数据类型
   3.7.1 CPU硬件支持的数据类型
   3.7.2 高级语言支持的数据类型
  本章小结
  习题
第4章 运算方法与运算器
  4.1 计算机中的运算操作
   4.1.1 从高级语言到机器语言的运算
   4.1.2 移位运算
  4.2 定点数的加减运算
   4.2.1 补码加减运算及运算器
   4.2.2 移码加减运算与判溢
   4.2.3 十进制加法运算
  4.3 定点数的乘法运算
   4.3.1 乘除法实现方法概述
   4.3.2 原码串行乘法器
   4.3.3 补码串行乘法器
   4.3.4 阵列乘法器
  4.4 定点数的除法运算
   4.4.1 原码串行除法器
   4.4.2 阵列除法器
  4.5 定点运算器的组成与结构
   4.5.1 定点运算器的组成
   4.5.2 运算器结构与数据通路
   4.5.3 多端口寄存器堆
   4.5.4 标志寄存器
  4.6 浮点运算及运算器
   4.6.1 浮点加减运算
   4.6.2 浮点乘法运算
   4.6.3 浮点除法运算
   4.6.4 浮点运算器结构
  4.7 现代计算机的运算器
   4.7.1 超级计算机及微处理器中的运算器
   4.7.2 Intel 80387浮点运算器
   4.7.3 运算操作的流水线
  本章小结
  习题
第5章 存储系统
  5.1 存储系统概述
   5.1.1 基本概念和存储器分类
   5.1.2 存储器的性能指标
   5.1.3 存储器的层次结构
  5.2 主存储器
   5.2.1 主存储器工作原理
   5.2.2 SRAM
   5.2.3 DRAM
   5.2.4 SDRAM
   5.2.5 ROM
   5.2.6 主存中的数据存储方式
  5.3 主存储器与CPU的连接
   5.3.1 存储器芯片介绍
   5.3.2 存储容量的扩展
   5.3.3 主存储器与CPU的连接
   5.3.4 内存条和内存插槽
  5.4 高速存储器
   5.4.1 弥补速度差异的策略
   5.4.2 双端口存储器
   5.4.3 多体交叉存储器
   5.4.4 相联存储器
  5.5 高速缓冲存储器(Cache)
   5.5.1 Cache的基本原理
   5.5.2 主存与Cache的地址映射方式
   5.5.3 替换算法
   5.5.4 写策略
   5.5.5 Cache设计
  5.6 虚拟存储器
   5.6.1 基本概念
   5.6.2 页式虚拟存储器
   5.6.3 段式和段页式虚拟存储器
   5.6.4 存储保护
  5.7 Cache设计实例
   5.7.1 P6微架构下的Cache
   5.7.2 Intel NetBurst微架构下的Cache
   5.7.3 Intel Haswell微架构下的Cache设计
  5.8 磁盘存储器
   5.8.1 硬盘存储器
   5.8.2 独立磁盘冗余阵列(RAID)
  本章小结
  习题
第6章 指令系统
  6.1 指令系统概述
   6.1.1 机器指令与指令系统
   6.1.2 指令信息
   6.1.3 指令集体系结构
  6.2 指令格式
   6.2.1 指令格式与字长
   6.2.2 地址码
   6.2.3 操作数类型
   6.2.4 指令操作码及扩展技术
  6.3 寻址方式
   6.3.1 指令寻址
   6.3.2 数据寻址
  6.4 指令系统的设计
   6.4.1 指令系统的设计要求
   6.4.2 指令类型
   6.4.3 指令系统的发展历程
   6.4.4 CISC与RISC特点
  6.5 指令系统举例
   6.5.1 x86指令系统
   6.5.2 Yyz02模型机指令系统
  6.6 RISCV指令系统
   6.6.1 RISCV指令集概述
   6.6.2 RV32I通用寄存器堆
   6.6.3 RV32I指令格式
   6.6.4 RV32I指令类型与指令编码
   6.6.5 RV32I寻址方式
  6.7 ARM指令系统
   6.7.1 指令集简介
   6.7.2 ARMv7寄存器使用约定
   6.7.3 ARMv7寻址方式
   6.7.4 ARM模型机目标指令集
   6.7.5 ARMv8-A架构简介
  本章小结
  习题
第7章 控制器
  7.1 控制器概述
   7.1.1 计算机硬件组成与CPU基本功能
   7.1.2 控制器的功能与组成
   7.1.3 时序系统及其控制
   7.1.4 单周期、多周期与流水线实现
   7.1.5 控制器的设计步骤
  7.2 Yyz02模型机的系统结构与数据通路
   7.2.1 Yyz02模型机的系统结构
   7.2.2 Yyz02模型机的数据通路
   7.2.3 Yyz02模型机的指令执行过程
  7.3 硬布线控制器
   7.3.1 硬布线控制器的结构与原理
   7.3.2 Yyz02模型机的硬布线控制器设计
  7.4 微程序控制器
   7.4.1 微程序控制的基本概念
   7.4.2 微程序控制器的组成与结构
   7.4.3 微程序控制器的设计方法
   7.4.4 微程序设计技术
   7.4.5 微程序控制器与硬布线控制器的比较
  本章小结
  习题
第8章 RISCV与ARM模型机设计实例
  8.1 RISCV模型机的设计
   8.1.1 RISCV模型机的目标指令集
   8.1.2 RISCV模型机的部件设计
   8.1.3 运算及传送指令的数据通路设计
   8.1.4 访存指令的数据通路设计
   8.1.5 转移类指令的数据通路设计
   8.1.6 RISCV模型机控制单元的设计
  8.2 ARM模型机的设计
   8.2.1 取指令数据通路设计
   8.2.2 数据处理指令的数据通路设计
   8.2.3 状态寄存器访问指令的数据通路
   8.2.4 分支跳转指令的数据通路
   8.2.5 单数据访存指令的数据通路
   8.2.6 块数据访存指令的数据通路
   8.2.7 ARM模型机控制单元的设计
  本章小结
  习题
第9章 输入输出系统
  9.1 概述
   9.1.1 输入输出系统的构成
   9.1.2 外设与CPU的连接
  9.2 输入输出接口
   9.2.1 I/O接口的功能
   9.2.2 I/O接口的组成
  9.3 主机与外设交换信息的方式
  9.4 中断系统
   9.4.1 中断的基本概念
   9.4.2 中断请求与判优
   9.4.3 中断响应
   9.4.4 中断服务与返回
   9.4.5 中断举例
  9.5 DMA
   9.5.1 DMA基本原理
   9.5.2 DMA举例
  本章小结
  习题
第10章 流水线与并行处理技术
  10.1 流水线原理
   10.1.1 流水线基本概念
   10.1.2 流水线分类
   10.1.3 流水线性能分析
  10.2 RISCV模型机的流水线设计
  10.3 流水线相关及处理
   10.3.1 结构相关
   10.3.2 数据相关
   10.3.3 控制相关
   10.3.4 流水线的中断与处理
  10.4 流水线的调度方法
   10.4.1 静态编译器调度
   10.4.2 流水线的动态调度技术
  10.5 高级指令流水线技术
   10.5.1 超标量流水线技术
   10.5.2 超流水线技术
   10.5.3 超长指令字技术
   10.5.4 向量流水技术
   10.5.5 多线程和超线程技术
  10.6 并行处理技术
   10.6.1 并行处理技术的基本概念
   10.6.2 SIMD阵列处理机
   10.6.3 多处理机系统
   10.6.4 多核处理器
  10.7 现代处理器的系统结构
   10.7.1 鲲鹏920处理器
   10.7.2 昇腾AI处理器
   10.7.3 Intel Core i7处理器
   10.7.4 玄铁910处理器
  本章小结
  习题
附录A 计算机硬件基础
  A.1 半导体器件的开关特性
   A.1.1 二极管的开关特性
   A.1.2 三极管的开关特性
   A.1.3 MOS管的开关特性
  A.2 基本逻辑运算和基本门电路
   A.2.1 逻辑变量和逻辑表达式
   A.2.2 逻辑门
   A.2.3 逻辑代数的基本定律
   A.2.4 逻辑函数的化简
  A.3 组合逻辑电路
   A.3.1 加法器
   A.3.2 算术逻辑部件（ALU）
   A.3.3 译码器
   A.3.4 数据选择器
  A.4 时序逻辑电路
   A.4.1 触发器
   A.4.2 寄存器
   A.4.3 移位寄存器
   A.4.4 计数器
  A.5 计算机芯片的制造过程
   A.5.1 制造芯片的准备阶段
   A.5.2 光刻蚀
   A.5.3 掺杂
   A.5.4 测试、切割和封装
  习题
附录B Yyz02实验系统的微程序设计
  B.1 Yyz02实验系统的微程序控制器
   B.1.1 微程序控制器结构
   B.1.2 指令译码及后继微地址修改逻辑
  B.2 Yyz02实验系统的微程序设计
  习题
参考文献