本书是基于作者积累多年讲授“计算机组成原理”和“计算机体系结构”两门课程及指导学生实验的教学实践经验编写而成。全书共分15章，前14章为理论知识与习题解答，其内容为计算机组成与体系结构各部分的重点难点指导、典型例题解析、练习题及参考答案，可以帮助学生提纲挈领地掌握知识重点、巩固所学内容；第15章为实验设计，根据计算机组成与体系结构课程实验的特点，给出参考实验题目，每个参考实验题目都有明确的实验目的和内容。
本书与主教材配合使用，可以起到衔接课堂教学与实验教学、课下辅导的作用，也可作为高等院校学生学习“计算机组成与体系结构”课程的参考书，以及研究生入学考试的辅导书，对于从事计算机应用及开发的技术人员和广大计算机爱好者也具有一定的参考价值。

       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。”当今社会正沿着信息化、数字化、智能化的方向快速迈进，这是一场科技和智慧的飞跃。其中，计算机系统已经成为现代社会的基础设施，支撑着我们日常生活的方方面面。理解计算机系统的基本工作原理，并能够熟练运用它进行问题求解，已经成为当代工程技术人员的必备技能之一。
       “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，“计算机组成与体系结构”将“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。
       “计算机组成与体系结构”作为计算机科学与技术专业的核心主干课程，具有理论性强、知识涵盖面广、更新快、与其他计算机课程联系紧密等特点。因此，对于初学者来说，往往找不到重点，把握不住课程的关键，对于习题求解更是无从下手。编者结合多年讲授该门课程的经验，将各章的知识要点进行归纳和总结，对难以理解的问题进行深入浅出的讲解和指导，对涉及重要知识点的典型题目进行分析解答，帮助读者理解课程的重点内容，尽快建立计算机的整机概念，明晰指令和数据在计算机中的执行过程。同时，提高求解计算机组成与体系结构习题的能力。
此外，“计算机组成与体系结构”也是一门实践性较强的课程，必须对实践和应用给予必要的重视。在教学中，除了课堂教学外，还必须开设计算机组成与体系结构实验。该门课程的实验往往要与具体的实验环境相结合，实验环境不同，开设的课程实验的内容也不相同。
       本书与中国铁道出版社有限公司出版的《计算机组成与体系结构》（何欣枫、宋鑫、谢博鋆、李继民编著）教材相配套，共15章：前14章都由重点难点指导、典型例题解析、练习题、参考答案等部分组成；第15章为实验设计，根据计算机组成与体系结构课程实验的特点，给出参考实验题目，每个参考实验题目都有明确的实验目的和内容。
       在本书的编写过程中，参考了一些国内外优秀教材及计算机组成与体系结构习题集和辅导书。中国铁道出版社有限公司的编辑对本书的编写提出了许多宝贵意见，并给予大力支持，在此表示诚挚谢意。
       本书在编写过程中力求概念清晰、表述正确、深入浅出、便于自学。希望读者通过对本书的学习，能够更全面、更透彻地理解和掌握“计算机组成与体系结构”这门课程。但由于编者水平有限，书中难免出现疏漏或不妥之处，恳请读者批评指正，编者不胜感激。

第1章计算机概论1

11重点难点指导1

111计算机系统简介1

112现代计算机的体系结构2

113计算机的层次结构2

114计算机的性能指标3

12典型例题解析4

13练习题6

14参考答案7

第2章系统总线9

21重点难点指导9

211计算机系统互连结构9

212总线的基本概念9

213总线连接方式10

214总线设计要素11

22典型例题解析12

23练习题14

24参考答案17

第3章存储器22

31重点难点指导22

311存储器概述22

312半导体随机存储器23

313半导体只读存储器24

314存储器与CPU连接24

315高速缓冲存储器（Cache）25

316虚拟存储器26

32典型例题解析27

33练习题31

34参考答案35

第4章外围设备41

41重点难点指导41

411概述41

412显示设备42

413外部存储器43

414其他外部存储器44

42典型例题解析45

43练习题46

44参考答案47

第5章输入/输出系统49

51重点难点指导49

511输入/输出系统概述49

512程序查询方式及其接口50

513程序中断方式及其接口51

514DMA方式及其接口53

515通道方式及其接口54

52典型例题解析56

53练习题57

54参考答案63

第6章信息表示66

61重点难点指导66

611概述66

612定点数表示方法66

613浮点数表示方法68

614文字信息的表示68

615其他信息的表示69

616校验码69

62典型例题解析69

63练习题70

64参考答案74

第7章运算方法和运算器76

71重点难点指导76

711定点加减法运算76

712定点乘除法运算77

713逻辑运算78

714算术/逻辑单元（ALU）78

715定点运算器的组成78

716浮点算术运算79

72典型例题解析80

73练习题80

74参考答案83

第8章指令系统89

81重点难点指导89

811指令系统的发展与性能要求89

812机器指令的设计要素90

813指令和操作数的寻址方式90

814RISC技术91

82典型例题解析92

83练习题93

84参考答案101

第9章CPU的结构与功能107

91重点难点指导107

911CPU组织107

912寄存器组织107

913控制器组织108

914时序产生器组织108

915RISC的硬件结构109

92典型例题解析109

93练习题111

94参考答案115

第10章控制器的功能与设计118

101重点难点指导118

1011微操作118

1012指令周期分析118

1013CPU控制118

1014硬布线控制器119

1015微程序控制器120

1016一台计算机设计的基本步骤122

102典型例题解析122

103练习题124

104参考答案133

第11章指令流水线141

111重点难点指导141

1111流水技术141

1112流水线性能分析141

1113流水线中的相关143

1114名词解释144

112典型例题解析145

113练习题146

114参考答案149

第12章并行计算系统156

121重点难点指导156

1211计算机系统结构的分类方法156

1212并行计算机系统发展的原因159

1213互连网络概述159

122典型例题解析159

123练习题160

124参考答案162

第13章多处理机系统166

131重点难点指导166

1311集群技术概述166

1312定义166

1313实现方式166

1314分类167

1315高可用性与高性能集群167

132典型例题解析167

133练习题168

134参考答案169

第14章计算机性能量化评价方法171

141重点难点指导171

1411性能设计和评测的基本原则171

1412CPU的性能172

1413名词解释172

142典型例题解析173

143练习题175

144参考答案176

第15章基于Logisim的实验设计178

151Logisim使用简介178

1511Logisim初次启动178

1512Logisim输入个数设置182

1513Logisim位宽设置182

1514Logisim创建子电路183

152Logisim实验186

1521数据表示实验186

1522运算器组成实验187

1523MIPS寄存器文件设计实验189

1524MIPS RAM存储器设计实验190

1525单周期CPU硬布线控制器设计实验192

1526多周期MIPS微程序控制器设计实验194

宋鑫，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。发表SCI、EI、核心期刊论文8篇。

张瑜，任职于河北大学数学与信息科学学院，主讲课程：程序设计基础、数据结构、计算机组成原理等。发表EI及核心期刊论文5篇，主持省科技计划项目一项，参与5项。

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，主讲的课程包括：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。目前的研究兴趣包括：云计算安全、可信计算、协议分析等。 参编教材多部。

李继民，教授，中国计算机学会高级会员，数学与计算计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。其中2001年获河北省科技进步三等奖二项、2002年获河北省科技进步三等奖一项，2004年获河北省科技进步三等奖一项。进来发表科研论文10余篇。

本书将各章的知识要点进行归纳和总结，对难以理解的问题进行深入浅出的讲解和指导，对涉及重要知识点的典型题目进行分析解答，帮助读者理解课程的重点内容，尽快建立计算机的整机概念，明晰指令和数据在计算机中的执行过程。同时，提高求解计算机组成与体系结构习题的能力。