前言

電子科技大學于2016年啟動了互聯(lián)網(wǎng) 復合型精英人才培養(yǎng)計劃，以互聯(lián)網(wǎng) 復合培養(yǎng)專業(yè)為載體，旨在培養(yǎng)具有良好的人文精神和互聯(lián)網(wǎng)思維、扎實的數(shù)學與自然科學知識、寬厚的移動互聯(lián)網(wǎng)知識和信息深度分析與應用能力、扎實的互聯(lián)網(wǎng) 核心知識與能力，以及良好的國際視野和創(chuàng)新能力，面向互聯(lián)網(wǎng) 國家戰(zhàn)略需求的復合型精英人才。本書的參編教師承擔了該培養(yǎng)計劃中平臺核心課程計算機組成與結構的建設工作，因此本書也作為該課程的配套教材。

早在2010年，電子科技大學計算機科學與工程學院在全國計算機專業(yè)教學改革浪潮中也開始了對計算機科學與技術的硬件系列課程的教學改革，改革內容包括教學思路、內容和教學方法的全面更新。本書的參編教師均為承擔相關教學改革研究的一線教師，具有多年的豐富教學經(jīng)驗，取得了較為豐碩的教學成果和教學經(jīng)驗。

本書融合了計算機科學與技術專業(yè)的三門核心硬件課程（數(shù)字邏輯、計算機組成原理和計算機系統(tǒng)結構）的重要知識點，擯棄了這三門課程傳統(tǒng)內容中不太相關的瑣碎知識點，引入了最新的技術知識和數(shù)據(jù)，以數(shù)字電路基礎、處理器的基本電路模塊構成、指令的數(shù)據(jù)通路和控制邏輯作為本書的講述主線，邏輯清晰且自然連貫，再輔以性能計算公式貫穿全書，作為各工作部件優(yōu)化方案的理論依據(jù)，全面介紹了計算機系統(tǒng)中的基本原理、設計方法和實現(xiàn)。

本書在編寫過程中還注重對考研要求的相關考點進行盡量多的覆蓋，并對處理器的相關章節(jié)從基本原理到設計方法再到代碼實現(xiàn)的完整過程進行了系統(tǒng)性的詳細講述。在正文中還穿插了快速練習等提示，提示讀者進行進一步的思考。部分章節(jié)還配有課后閱讀材料，對正文中的相關內容進行補充或進一步的解釋。

作者充分查閱和對比了目前國內外主流組成原理類和系統(tǒng)結構類教材以及相關材料，進行了多方面的研討，從而確定了內容的編排和編寫的分工。除了教學工作外，作者還承擔了繁重的科研工作，因此，書中難免出現(xiàn)疏漏和錯誤，懇請讀者理解和海涵。

教材的內容

全書共9章，其中第1章、第3章、第4章、第6章、7.2節(jié)和7.4節(jié)由桂盛霖編寫，第5章、第7章剩余部分以及第8章由陳愛國編寫，第2章和第9章由肖堃編寫。全書由桂盛霖負責統(tǒng)稿。

本書的內容包括數(shù)字邏輯、計算機組成原理和系統(tǒng)結構三個方面的內容，圍繞現(xiàn)代處理器的設計方法和過程進行了系統(tǒng)闡述，具體內容如下：

第1章介紹計算機系統(tǒng)技術的歷史、現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢，芯片的主要制造過程，現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的內部構成，計算機系統(tǒng)的性能指標及計算公式。

第2章介紹計算機系統(tǒng)中常用的幾種進位計數(shù)制，不同進位計數(shù)制之間的轉換計算方法，二進制整數(shù)的表示方法和運算規(guī)則，浮點數(shù)的表示和規(guī)格化的存儲方式，以及數(shù)據(jù)校驗的原理。

第3章介紹數(shù)字電路的基本門電路的邏輯功能，邏輯代數(shù)的基本公式和基本定理，邏輯函數(shù)標準形式，邏輯電路的化簡方法以及數(shù)字電路兩種邏輯系列的實現(xiàn)機制。

第4章介紹多路選擇器、譯碼器、編碼器、加法器、減法器、移位器等的功能、輸入/輸出接口、內部實現(xiàn)的電路圖及代碼，以及Sn-Rn鎖存器和觸發(fā)器的原理與實現(xiàn)，給出了時鐘同步時序電路的功能分析方法和寄存器的設計與實現(xiàn)方法。

第5章介紹處理器中指令的格式、尋址方式、寄存器、地址空間分配，對軟件三個方面的重要支持，MIPS風格的單周期模型機的設計和實現(xiàn)過程，處理器的異常和中斷概念及其處理機制。

第6章介紹流水線的基本概念，單周期模型機的流水線擴展，解決結構冒險、數(shù)據(jù)冒險和控制冒險的策略與實現(xiàn)，以及兩類更先進的指令級并行的流水線架構。

第7章介紹存儲器的分類和存儲系統(tǒng)的層次結構，包括Cache、主存、虛擬存儲器、外存和ROM的工作機制與性能指標。

第8章介紹I/O設備的相關概念及屬性指標，總線的概念和分類，總線仲裁的原理和方式，I/O接口的功能、結構、編址和訪問方式，以及三類常見的I/O數(shù)據(jù)傳送控制方式。

第9章討論并行硬件的基本分類，常見的并行技術，多處理器的互連方式，Cache一致性問題，以及多核微處理器和云平臺的架構。

由于作者水平有限，成稿時間較短，書中難免有錯誤和不當之處，懇請各位專家和廣大讀者批評指正，我們不勝感激。如有問題請直接與作者郵件聯(lián)系：shenglin_gui@uestc.edu.cn。

致謝

本書在編寫過程中得到了電子科技大學教務處、互聯(lián)網(wǎng) 專業(yè)和計算機科學與工程學院的相關領導和老師的大力支持和鼓勵，還有電子工業(yè)出版社對本教材出版工作的積極配合和辛勤工作，在此一并表示誠摯的謝意。

此外還感謝實驗室裴亞琳、方丹、劉一飛等研究生在教材配圖和習題等方面的制作和整理。

作 者

于電子科技大學