计算机硬件系统包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分。本书前七章围绕计算机硬件系统组成的五大部分展开讨论：第1章为概论；第2章为计算机中的数制及编码；第3章为总线系统；第4章为存储器；第5章为输入/输出系统；第6章为指令系统；第7章为中央处理器。后两章可为硬件实验提供设计参考：第8章为汇编语言及其程序设计，第9章为中断系统。

本书结构清晰、深入浅出、通俗易懂，既可作为普通高等院校计算机类相关专业的“计算机组成原理”课程的教学用书，也可作为计算机硬件爱好者的学习和参考书。

习近平总书记在党的十九大报告中指出：“建设教育强国是中华民族伟大复兴的基础工程。”在全国教育大会上，习总书记进一步提出了“加快推进教育现代化、建设教育强国”的新要求。改革开放以来，党中央一直十分重视教育事业发展，先后提出并实施了科教兴国战略、人才强国战略和创新驱动发展战略，把教育放在优先发展的战略位置上，全面深化教育改革，大力推进教育事业发展，建成了世界上最大规模的教育体系，使我国教育水平迈进世界中上行列，为我国社会主义现代化建设事业提供了坚实的人才支撑和智力保障，促进了我国由人口大国向人才资源大国的转变，为加快教育现代化和教育强国建设奠定了坚实的基础。

围绕习总书记的重要论述，各地高校紧密结合地方经济建设发展需要，开展了专业建设和课程改革，优化了传统学科专业，积极为地方经济建设输送人才，为我国经济社会的快速健康和可持续发展，以及高等教育自身的改革发展做出了巨大贡献。

本书立足于计算机类相关专业，以专业基础课为主，满足高校多层次教学的需要。在规划过程中体现了如下一些基本原则和特点：

（1）面向多层次、多学科专业。本书内容坚持“理论+实践”的原则，能够满足计算机类相关专业的教学和实践的需要。

（2）教学需要，促进教学发展。在选择内容和编写过程中，致力于学生能力的培养，具体体现于素质教育、创新能力与实践能力的培养。

（3）突出应用型本科培养特性，提升教材质量。在经典教学内容的基础上，突出应用型本科特色，培养学生分析问题和解决问题的能力，并引导学生做到举一反三、融会贯通。

（4）一线教师担任编写工作。本书的主编及参编人员均承担过计算机组成原理及计算机硬件类课程多年的教学任务，将教学过程中的经验融入本书，语言深入浅出，例子简单易懂，适合教学的同时也能满足自学读者的需要。书稿完成后由主审教师进行审稿和校对，保证了教材的质量。

全书共包含9章内容，遵循由简至难的原则，旨在使读者理解计算机系统的硬件结构以及各功能部件的组成和工作原理，帮读者建立计算机的整机概念，使读者初步具备设计简单计算机系统的能力，并对一些新技术、新产品以及计算机硬件的发展方向有一定的了解，从而为进一步学习后续课程和进行与硬件有关的技术工作打下基础。教材先对计算机组成原理进行了总体概括，然后分别探讨了计算机各组成部分的结构和原理，并结合80x86系列特性，使读者更容易理解计算机工作特性。具体内容包括：第1章为概论，对计算机组成原理进行了总体概括和简介；第2章重点讨论了计算机的数制及编码，为后面章节打下编码基础；第3章介绍了总线系统，让读者初步形成整机意识；第4章介绍了存储器，可深入了解存储器体系结构及其工作特性；第5章介绍了输入/输出系统，讨论外围设备、主机与外设之间的工作方式等；第6章和第7章介绍了指令系统和中央处理器，包括指令格式、指令类型、中央处理器的硬件组成及工作原理等，并探讨了微处理器的新技术；第8章为汇编语言及其程序设计，以80x86为基础，系统介绍汇编语言程序设计方法；第9章为中断系统，旨在通过对中断系统的学习，使读者进一步加深对整机的理解。

本书在内容的选取上符合应用型人才培养目标的要求，在内容的组织上遵循由浅入深、理论与实践相结合的原则，注重课程内容的前后联系，通俗易懂，适用面广，可以作为普通高等院校计算机相关学科和专业教材，也可以作为其他理工类专业的选修教材。为满足读者的不同需求，本书将部分章节内容设置为可选项，并用“*”（星号）加以标注。

本书由大连科技学院的老师合作编写，由徐东、姜志明任主编，薄瑜、李琳、王璨、于文武任副主编，翟悦、罗佳伟、于林林、张海波、郭杨参与编写。全书由刘瑞杰主审。本书在编写过程中参考了大量的著作、教材等资料，在此向相关作者一并表示感谢。

虽然全体编写人员都倾注了精力，力求尽善尽美，但由于编者水平有限，书中难免出现疏漏或不当之处，敬请广大读者不吝指正，不胜感谢。

 

 

编  者 

2021年10月

第1章  概论 1
1.1  计算机的基本结构和工作原理 1
1.2  计算机硬件的五个功能部件及其功能 3
1.3  计算机系统的基本组成及层次结构 4
1.4  计算机的系统结构、组成和实现 6
1.5  计算机系统的特性 7
1.6  典型微处理器系统结构及工作原理简介 9
1.7  计算机的发展、应用与展望 16
习题１ 20
第2章  计算机中的数制及编码 22
2.1  数据表示 22
2.2  计算机中的数制及数的转换 24
2.3  二进制数的运算 27
2.4  数的表示法 31
2.5  数和字符的编码 36
习题2 42
第3章  总线系统 44
3.1  总线概述 44
3.2  I/O总线接口 49
3.3  总线的仲裁 51
3.4  总线的通信控制和数据传送模式 54
3.5  总线标准 57
习题3 63
第4章  存储器 65
4.1  存储器系统分级结构 65
4.2  半导体存储器的分类及特点 68
4.3  随机存储器（RAM） 71
4.4  只读存储器（ROM） 75
4.5  新型存储器 78
4.6  主存储器系统设计 80
4.7  高速缓冲存储器与虚拟存储器 88
4.8  辅助存储器 93
习题4 100
第5章  输入/输出系统 102
5.1  主机和外设间的输入/输出接口 102
5.2  输入/输出的控制方式 108
5.3  外围设备概述 126
习题5 134
第6章  指令系统 135
6.1  指令格式 135
6.2  寻址方式 139
6.3  指令类型 146
6.4  指令系统的发展 176
习题6 180
第7章  中央处理器 181
7.1  中央处理器的功能和组成 181
7.2  算术逻辑单元 185
7.3  控制器的组成和实现方法 198
7.4  时序系统与控制方式 200
7.5  微程序控制原理 204
7.6  控制单元的设计 211
7.7  流水线技术 216
7.8  精简指令系统计算机 219
7.9  微处理器中的新技术 220
习题7 223
第8章  汇编语言及其程序设计 224
8.1  汇编语言和汇编程序 224
8.2  MASM宏汇编语言程序的规范 225
*8.3  伪指令及其应用 231
8.4  指定处理器及简化段定义伪指令 235
8.5  程序设计的基本方法 238
8.6  程序的基本结构及基本程序设计 243
8.7  实用程序设计举例 254
习题８ 262
第9章  中断系统 264
9.1  中断控制方式的优点 264
9.2  8086/8088的中断机构 264
9.3  外部中断 268
9.4  中断的优先权管理 268
*9.5  IBM PC/XT微计算机的中断系统 270
*9.6  中断类指令及PC DOS系统功能调用 272
习题9 280
参考文献 281

徐东，男，硕士研究生学历，大连科技学院数字技术学院软件工程教研室副教授。主要研究方向为模式识别与人工智能，主要教授计算机组成、大数据技术、数据结构等课程。主要获得奖项如下：2012年获全军教学育才奖银奖；2013年—2016年多次获校级、军队级优秀课程建设奖和教学成果奖；2020年获校级优秀毕设指导教师称号；2021年获校级优秀教师、优秀教学督导称号；近年带领学生获省级竞赛奖多项；公开发表教学与科研论文30余篇，获全军计算机研讨会优秀论文二等奖2项，获全军计算机微课评比二等奖1项；主编、参编教材3部；主持参与科研项目18项。

姜志明，男，博士研究生，大连科技学院教授，从事网络工程及物联网方向教学及研究，主要讲授《计算机组成原理》及《计算机网络管理》等课程，曾获大连市优秀IT教师称号，发表各类教学和科研论文20余篇。

（1）面向多层次、多学科专业。

（2）在选择内容和编写过程中，致力于学生能力的培养，具体体现于素质教育、创新能力与实践能力的培养。

（3）突出应用型本科培养特性，提升教材质量。