《計(jì)算機(jī)原理》圍繞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成，詳細(xì)論述了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)部分的組成及工作原理，并結(jié)合新的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，使內(nèi)容更具有先進(jìn)性和實(shí)用性。全書共11章，內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論、計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示、運(yùn)算方法與運(yùn)算器、存儲(chǔ)器系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、控制器、接口與輸入，輸出、外圍設(shè)備、總線、并行處理與互連網(wǎng)絡(luò)、多處理機(jī)與機(jī)群系統(tǒng)。《計(jì)算機(jī)原理》既可作為高等院校計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)本科生的教材，也可作為非計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生及計(jì)算機(jī)工程技術(shù)人員的參考用書。
計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展不僅推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步，更對(duì)社會(huì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，它正潛移默化地改變著人們的生產(chǎn)方式、工作方式、生活方式和學(xué)習(xí)方式。掌握計(jì)算機(jī)基本知識(shí)和應(yīng)用技術(shù)已成為當(dāng)今社會(huì)人們的迫切要求和參與社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)的必要條件，也是衡量個(gè)人素質(zhì)的重要標(biāo)志之一。
“計(jì)算機(jī)原理”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在計(jì)算機(jī)硬件課程群中起著承上啟下的作用。為適應(yīng)計(jì)算機(jī)的發(fā)展和教學(xué)改革的需要，編者結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，首先進(jìn)行內(nèi)容“優(yōu)化”，將計(jì)算機(jī)硬件課程群中相近的內(nèi)容進(jìn)行整合，使該教材既能體現(xiàn)原課程教材的主體面貌，又賦予了新的結(jié)構(gòu)內(nèi)容；其次突出內(nèi)容“關(guān)聯(lián)”，將內(nèi)容之間的聯(lián)系勾畫出來，展現(xiàn)在讀者面前，以達(dá)到“綱舉目張”之目的；最后采用“案例教學(xué)”，針對(duì)目前學(xué)生普遍存在的“對(duì)設(shè)計(jì)無從下手，對(duì)問題束手無策”等現(xiàn)象，采用“案例教學(xué)”是培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題行之有效的方法。
全書共11章，內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論、計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示、運(yùn)算方法與運(yùn)算器、存儲(chǔ)器系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、控制器、接口與輸入，輸出、外圍設(shè)備、總線、并行處理與互連網(wǎng)絡(luò)、多處理機(jī)與機(jī)群系統(tǒng)。
本書由張道光主編，劉衛(wèi)光、夏冰擔(dān)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(wèi)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(tǒng)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(chéng)摯的感謝。
由于編者水平有限，書中難免存在疏漏之處，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。
第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論
1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用
1.1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段和發(fā)展趨勢(shì)
1.1.2 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用
1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成
1.2.1 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)
1.2.2 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)
1.2.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)
1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1.3.1 傳統(tǒng)馮？諾依曼計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1.3.2 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
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習(xí)題
第2章 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示
2.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換
2.1.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制
2.1.2 進(jìn)位計(jì)數(shù)制的相互轉(zhuǎn)換
2.2 定點(diǎn)數(shù)的表示
2.2.1 符號(hào)的表示
2.2.2 小數(shù)點(diǎn)的表示
2.2.3 機(jī)器數(shù)形式
2.3 浮點(diǎn)數(shù)的表示
2.3.1 浮點(diǎn)數(shù)的格式
2.3.2 浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化
2.3.3 浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍
2.3.4.浮點(diǎn)數(shù)的機(jī)器零
2.4.非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示
2.4.1 字符與字符串
2.4.2 BCD碼與十進(jìn)制數(shù)
2.5 數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼
2.5.1 奇偶校驗(yàn)碼
2.5.2 海明校驗(yàn)碼
2.5.3 循環(huán)冗余校驗(yàn)碼
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習(xí)題
第3章 運(yùn)算方法與運(yùn)算器
3.1 定點(diǎn)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算與實(shí)現(xiàn)
3.1.1 定點(diǎn)數(shù)加減運(yùn)算
3.1.2 定點(diǎn)數(shù)乘法運(yùn)算
3.1.3 定點(diǎn)數(shù)除法運(yùn)算
3.2 邏輯運(yùn)算和移位操作
3.2.1 邏輯運(yùn)算
3.2.2 移位操作
3.3 定點(diǎn)運(yùn)算器
3.3.1 算術(shù)邏輯單元
3.3.2 定點(diǎn)運(yùn)算器的基本結(jié)構(gòu)
3.3.3 定點(diǎn)運(yùn)算器模型
3.4 浮點(diǎn)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算與浮點(diǎn)運(yùn)算器
3.4.1 浮點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算
3.4.2 浮點(diǎn)數(shù)的乘法和除法運(yùn)算
3.4.3 浮點(diǎn)運(yùn)算器
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習(xí)題
第4章 存儲(chǔ)器系統(tǒng)
4.1 存儲(chǔ)器概述
4.1.1 存儲(chǔ)器分類
4.1.2 存儲(chǔ)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.1.3 主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)
4.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器
4.2.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分類
4.2.2 存儲(chǔ)元電路
4.2.3 存儲(chǔ)器芯片
4.2.4 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展與應(yīng)用
4.2.5 并行存儲(chǔ)器
4.3 每速緩沖存儲(chǔ)器
4.3.1 Cache基本原理
4.3.2 Cache的結(jié)構(gòu)
4.3.3 Cache的讀，寫過程
4.4 虛擬存儲(chǔ)器
4.4.1 概述
4.4.2 頁式虛擬存儲(chǔ)器
4.4.3 段式虛擬存儲(chǔ)器
4.4.4 段頁式虛擬存儲(chǔ)器
4.4.5 替換算法
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習(xí)題
第5章 指令系統(tǒng)
5.1 指令系統(tǒng)與性能
5.1.1 指令與指令系統(tǒng)
5.1.2 指令系統(tǒng)的性能
5.2 機(jī)器指令
5.2.1 機(jī)器指令的格式
5.2.2 指令字的長(zhǎng)度
5.2.3 機(jī)器指令的分類
.5.3 操作碼的編碼方法
5.3.1 定長(zhǎng)編碼
5.3.2 變長(zhǎng)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(shù)尋址方式
5.5 典型的指令系統(tǒng)
5.5.1 復(fù)雜指令系統(tǒng)
5.5.2 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)
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習(xí)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(shí)序系統(tǒng)和控制方式
6.2.1 有關(guān)周期的基本概念
6.2.2 時(shí)序信號(hào)與體制
6.2.3 時(shí)序信號(hào)發(fā)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(shè)計(jì)
6.4.4 微程序設(shè)計(jì)舉例
6.4.5 微程序控制器設(shè)計(jì)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(shù)
6.7.1 指令執(zhí)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(guān)問題
6.8 多媒體技術(shù)
6.9 典型CPU簡(jiǎn)介
6.9.1 8086CPU
6.9.2 Pentium微處理器
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習(xí)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(chǔ)器方式
7.2.4 通道方式
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習(xí)題
第8章 外圍設(shè)備
8.1 外圍設(shè)備概述
8.1.1 外圍設(shè)備的概念
8.1.2 外圍設(shè)備的分類
8.1.3 外圍設(shè)備的功能
8.2 輸入設(shè)備
8.2.1 鍵盤
8.2.2 鼠標(biāo)
8.2 5其他輸入設(shè)備
8.3 輸出設(shè)備
8.3.1 顯示器
8.3.2 打印機(jī)
8.4 外存儲(chǔ)設(shè)備
8.4.1 磁表面存儲(chǔ)器的原理
8.4.2 磁記錄方式
8.4.3 硬磁盤存儲(chǔ)器
8.4.4 光盤存儲(chǔ)設(shè)備
8.4.5 閃存
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習(xí)題
第9章 總線
9.1 總線技術(shù)概述
9.2 總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
9.2.1 總線通道組成
9.2.2 總線結(jié)構(gòu)類型
9.3 總線信息傳送方式及定時(shí)
9.3.1 總線信息傳送方式
9.3.2 總線定時(shí)
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(jì)算機(jī)中的總線
9.5.1 內(nèi)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(xí)題
第10章 并行處理與互連網(wǎng)絡(luò)
10.1 并行處理的概念
10.1.1 并行性
10.1.2 并行性的等級(jí)和分類
10.1.3 開發(fā)并行性的途徑
10.2 并行處理機(jī)基本結(jié)構(gòu)
10.2.1 ，并行處理機(jī)的兩種典型結(jié)構(gòu)
10.2.2 并行處理機(jī)的特點(diǎn)
10.3 SIMD計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)
10.3.1 SIMD計(jì)算機(jī)模型
10.3.2 SIMD計(jì)算機(jī)發(fā)展過程
10.3.3 IlliacIV計(jì)算機(jī)
10.3.4 BSP計(jì)算機(jī)
10.3.5 CM.2 計(jì)算機(jī)
10.4 SIMD計(jì)算機(jī)的應(yīng)用
10.4.1 計(jì)算模型及有限差分
10.4.2 陣列處理機(jī)的幾種基本算法
10.5 互連網(wǎng)絡(luò)的概念
10.5.1 互連網(wǎng)絡(luò)的基本概念和作用
10.5.2 特性參數(shù)和性能參數(shù)
10.5.3 互連函數(shù)
10.6 靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)
10.6.1 靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
10.6.2 靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)特性
10.7 動(dòng)態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)
10.7.1 動(dòng)態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)的互連形式
10.7.2 動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)互連方式的比較
10.7.3 多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)
10.8 互連網(wǎng)絡(luò)的消息傳遞機(jī)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(xí)題
第11章 多處理機(jī)與機(jī)群系統(tǒng)
11.1 多處理機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)與分類
11.1.1 基本結(jié)構(gòu)
11.1.2 多處理機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)
11.1.3 多處理機(jī)系統(tǒng)的Cache一致性問題
11.2 多處理機(jī)軟件和典型的多處理機(jī)系統(tǒng)
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(shè)計(jì)語言
11.2.4 MPP和SMP
11.2.5 CM－5系統(tǒng)
11.2.6 SGIOrigin2000系列服務(wù)器
11.3 機(jī)群系統(tǒng)
11.3.1 機(jī)群系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
11.3.2 機(jī)群系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
11.3.3 提高通信系統(tǒng)的性能
11.3.4 幾種典型系統(tǒng)
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6.2.2 時(shí)序信號(hào)與體制
時(shí)序信號(hào)是對(duì)操作控制信號(hào)實(shí)施時(shí)間控制而形成的信號(hào)，是利用定時(shí)脈沖的順序和不同的脈沖間隔，有條理、有節(jié)奏地指揮機(jī)器的動(dòng)作，規(guī)定在這個(gè)脈沖到來時(shí)做什么，在那個(gè)脈沖到來時(shí)又做什么，給計(jì)算機(jī)各部分提供工作所需的時(shí)間標(biāo)志。為此，需要采用周期、節(jié)拍、脈沖多級(jí)時(shí)序體制。至于計(jì)算機(jī)內(nèi)存中所存放的二進(jìn)制形式的指令和數(shù)據(jù)的區(qū)分問題，我們可以從兩個(gè)層面上進(jìn)行區(qū)分，一是從時(shí)間上來說，取指令是發(fā)生在指令周期的第一個(gè)CPU周期中，即發(fā)生在“取指令”階段，而取數(shù)據(jù)是發(fā)生在指令周期的后面幾個(gè)CPU周期中，即發(fā)生在“執(zhí)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(shù)據(jù)，那么一定送往運(yùn)算器。由此可見，時(shí)間控制對(duì)計(jì)算機(jī)來說是十分重要，計(jì)算機(jī)的協(xié)調(diào)動(dòng)作需要時(shí)間標(biāo)志，而時(shí)間標(biāo)志則是用時(shí)序信號(hào)來體現(xiàn)的，控制器所產(chǎn)生的各種控制信號(hào)都是時(shí)間因素（時(shí)序信號(hào)）和空間因素（部件）的函數(shù)。
時(shí)序信號(hào)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(shù)據(jù)傳送，數(shù)據(jù)加在觸發(fā)器的電位輸入端，用電位的高低來表示數(shù)據(jù)是“1”還是“0”；而打入數(shù)據(jù)的控制信號(hào)加在觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端，且要求打入數(shù)據(jù)的控制信號(hào)到來之前，電位信號(hào)必須是穩(wěn)定的，只有電位信號(hào)先建立，打入到寄存器中的數(shù)據(jù)才是可靠的。
在組合邏輯控制器中，時(shí)序信號(hào)的體制往往采用周期一節(jié)拍一脈沖三級(jí)體制，即一個(gè)CPU周期包含多個(gè)節(jié)拍，每個(gè)節(jié)拍又允許包含多個(gè)脈沖。圖6.3中，一個(gè)CPU周期包含4個(gè)節(jié)拍，每個(gè)節(jié)拍又包含1個(gè)脈沖。
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