本书对“计算机组成原理”和“计算机体系结构”两门高等院校计算机科学与技术学科课程内容进行了有机的融合，既与课程体系的纵向整合、建立“学科基础课程群”的理念相适应，又可较好地适应高校缩减学分、学时的需求。


本书采用自顶向下的分析方法，从计算机整体结构框架入手，由表及里，由浅入深，层层细化，逐步深入到计算机的内核，论述了冯·诺依曼结构计算机的组成结构、实现方式及整机的工作原理，提升计算机性能的技术，性能模型及评价方法。全书讲解了系统互连结构、存储系统、外围设备、输入/输出系统、信息表示、运算方法与运算器、指令系统、CPU的结构与功能、控制器的功能与设计、指令流水线、并行计算机系统、多处理机系统、计算机性能量化评价方法等内容。

       党的二十大报告明确要求：“必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势。”当前社会各个领域都在向信息化、数字化、智能化方向发展，计算机系统已成为现代社会的基础设施，理解其基本工作原理，使用其进行问题求解也已经成为工程技术人员必备技能之一。


       “计算机组成原理”（computer organization）是计算机专业的一门核心主干课程，主要讲授计算机硬件子系统主要功能部件的组成结构、工作原理、设计方法及其相互连接。“计算机体系结构”（computer architecture）重点论述计算机系统各种基本结构、设计技术和性能分析方法，使学生了解计算机系统的各种基本结构，掌握在计算机设计各个环节中影响性能的因素，以及提高性能的各种理论和方法。近年来，随着计算机技术的飞速发展，两门课程的内容有逐渐融合的趋势，界线变得模糊，“计算机体系结构”内容越来越多地被“下移”到“计算机组成原理”课程中，例如存储层次、流水线技术、多处理机等。此外，为保障学生自主学习能力及综合素质水平的提升，高校在教学改革举措中，将教学学时与学分逐年压缩，课程体系纵向整合，建立“学科基础课程群”成为当前倡导的新理念。为适应上述变化，本书把“计算机组成原理”和“计算机体系结构”两门课程的内容有机地结合起来，并参考研究生入学统考大纲，以培养专业能力、注重实践创新能力和综合素质为目标，结合编者多年一线教学和科研经验编写而成。


       本书采用自顶向下的分析方法，从计算机整体结构框架入手，由表及里，由浅入深，层层细化，逐步深入到计算机的内核，论述了冯·诺依曼结构计算机系统的内部组成和整机的工作原理，提升计算机性能的技术，性能模型及评价方法。本书按照计算机的层次结构组织如下：


       第1章介绍计算机的发展简史、计算机系统的基本概念和现代计算机的体系结构等；


       第2、3、4、5章重点讲解计算机硬件子系统的组成部分：系统互连结构、存储系统、外围设备和输入/输出系统；


       第6、7、8、9章重点讲解信息在计算机中的表示、运算方法与运算器、指令系统以及CPU的结构与功能；


       第10、11章按照控制器的功能分析和设计思路组织内容，并以一个模型机的分析设计贯穿这部分内容，以使学生建立起一个完整的计算机系统的概念；


       第12、13、14章重点论述了现代计算机提升性能的主要途径、高性能计算机的组成以及计算机性能量化评价方法。


       本书由何欣枫、宋鑫、谢博鋆、李继民编著。其中第1、2章由李继民编写，第3、5、6、7章由谢博鋆编写，第4、8、9、10、11章由宋鑫编写，第12、13、14章由何欣枫编写，全书由何欣枫、李继民统稿。


       本书借鉴了国内外相关经典教材，吸取了它们各自的优点，并将其内容有机地结合在一起。在内容选取上，力求充分反映当前计算机体系结构的新发展、新技术。本书配套资源丰富，电子教案、习题答案等可以到中国铁道出版社有限公司教育资源数字化平台免费下载，网址为https://www.tdpress.com/51eds/。本书在编写过程中，得到了许多专家的大力支持，在此表示诚挚的谢意。
限于编者的水平，书中难免有不妥之处，欢迎广大读者指正。

第1章  计算机系统概述 
1.1  计算机系统简介 
1.2  计算机体系结构、组成与实现 
1.3  计算机系统的分类 
1.4  现代计算机的体系结构
1.5  计算机系统的组织 
小结 
习题 
第2章  系统互连结构
2.1？计算机系统互连结构 
2.2？总线的概念和结构形态 
2.3？总线设计要素
2.4？PCI总线
2.5  固定连接和可重构连接
2.6  交换式互连结构
小结 
习题
第3章  存储系统
3.1  存储器的特性与分类
3.2  存储层次
3.3  半导体存储器的组织
3.4  半导体随机存储器
3.5  半导体只读存储器
3.6  存储器与CPU连接
3.7  内存模块
3.8  高速缓冲存储器
3.9  虚拟存储器
小结
习题
第4章  外围设备
4.1  概述
4.2  典型输入设备
4.3  典型输出设备
4.4  外部存储器
4.5  网络存储器
小结
习题
第5章  输入/输出系统
5.1  外设接口原理
5.2  外设接口具体实例
5.3  程序查询
5.4  程序中断
5.5  DMA
5.6  通道方式
小结
习题
第6章  信息表示
6.1  信息的二值化
6.2  数值数据的表示
6.3  文字信息的表示
6.4  其他信息的表示
6.5  校验码
小结
习题
第7章  运算方法与运算器
7.1  定点加减法运算方法及实现
7.2  定点乘法运算方法及实现
7.3  定点除法运算方法及实现
7.4  逻辑运算
7.5  算术逻辑部件
7.6  定点运算器的组成
7.7  浮点运算及浮点运算器
小结
习题
第8章  指令系统
8.1  指令系统的发展与性能要求
8.2  机器指令的设计要
8.3  指令和操作数的寻址方式
8.4  RISC与CISC
8.5  x86、ARM和RISC-V汇编语言简介
小结
习题
第9章  CPU的结构与功能
9.1  CPU的组织
9.2  CPU的寄存器组织
9.3  控制器组织
9.4  时序产生器组织
9.5  Pentium处理器
9.6  x86、ARM和RISC-V的寄存器组织
9.7  x86、ARM、RISC-V和MIPS的架构比较
小结
习题
第10章  控制器的功能与设计
10.1  控制器的功能
10.2  模型机的设计
8.2.1  机器指令格式 232
10.3  硬布线控制器
10.4  微程序控制器原理
10.5  模型机微程序控制器设计
小结
习题
第11章  指令流水线
11.1  时间重叠
11.2  流水线的分类及性能指标
11.3  指令相关和流水线冲突
11.4  非线性流水线及调度方法
11.5  蜂鸟E200流水线结构与冲突
小结
习题
第12章  并行计算系统
12.1  计算机体系结构的Flynn分类
12.2  指令级并行
12.3  超标量与超流水线
12.4  静态多发射——VLIW方法
12.5  多核心技术
小结
习题
第13章  多处理机系统
13.1  并行计算机结构模型
13.2  并行计算机的访存模型
13.3  主流并行计算机系统
13.4  高性能计算机
小结
习题
第14章  计算机性能量化评价方法
14.1  基本性能指标计算
14.2  性能计算模型
14.3  性能定律和可扩展性评价
14.4  基准测试程序
小结
习题

何欣枫，副教授，现任职于河北大学网络空间安全与计算机学院，信息安全系主任，主讲计算学科导论、计算机组成与体系结构、编译原理、安全协议理论等。


宋鑫，讲师，任职于河北大学网络空间安全与计算机学院，主讲计算机组成原理和计算机体系结构十余年，承担相关省级、校级教改课题4项。参与国家基金、省基金、省科技计划项目6项。


谢博鋆，讲师，现任职于河北大学数学与信息科学学院软件工程系，主讲计算机组成原理、微机接口等。


李继民，教授，中国计算机学会高级会员，数学与计算机学院计算机科学与技术系副主任。主讲的计算机组成原理为河北大学精品课程。主持或参加完成多项省自然基金、省攻关计划、教育厅科研计划和应用课题，取得多项科研成果。

本书采用自顶向下的分析方法，从计算机整体结构框架入手，由表及里，由浅入深，层层细化，逐步深入到计算机的内核，论述了冯·诺依曼结构计算机系统的内部组成和整机的工作原理，提升计算机性能的技术，性能模型及评价方法。