本书将计算机组成原理、汇编语言程序设计、微机接口技术等课程的内容有机地组织起来，以冯·诺依曼结构计算机为主线，以模型机和8086微机系统为具体示例，全面介绍计算机的五大部件的工作原理、设计方法和典型应用。全书共7章，内容包括计算机的组成与结构、数据的表示、运算器与运算方法、存储系统、指令系统、中央处理器和输入输出系统。本书内容系统、全面，对基础原理讲解深入浅出，实例丰富，分析和注释详细，应用示例具有典型性和实用性，注重实践能力的培养。 本书可作为高等院校计算机科学与技术专业以及计算机应用相关专业本科的专业课教材，也可作为相关科技人员和自学者的参考用书。
本书将计算机组成原理、汇编语言、微机接口技术游记结合在一起，全面介绍计算机的五大部件工作原理、设计方法和典型应用。可作为计算机专业本科教材，也可作为科技人员的参考用书。配套资源完善，供读者下载使用。
编审委员会
顾问: 李澎林潘海涵
主任: 张聚
副主任: 宋国琴蔡铁峰赵端阳朱新芬
编委: (按姓氏笔画为序)
王洁王荃冯志林成杏梅
刘均刘文程刘勤贤吕圣军
杜丰杜树旺吴艳何文秀
应亚萍张建奇陈伟杰郑利君
宗晓晓赵建锋郝平金海溶
姚晶晶徐欧官郭伟青曹平
曹祁傅永峰鲍卫兵潘建电子信息技术和计算机软件等技术的快速发展，深刻地影响着人们的生产、生活、学习和思想观念。当前，以工业4.0、两化深度融合、智能制造和互联网 为代表的新一代产业和技术革命，把信息时代的发展推进到一个对于国家经济和社会发展影响更为深远的新阶段。
在新的产业和技术革命的背景下，社会对于高校人才的培养模式、教学改革以及高校的转型发展都提出了新的要求。2015年，浙江省启动应用型高校示范学校建设。通过面向应用型高校的转型建设增强学生的就业创业和实践能力，提高学校服务区域经济社会发展和创新驱动发展的能力。通过坚持面向需求、产教融合、开放办学、共同发展的高校发展理念，围绕一流的应用型大学建设和一流的应用型人才培养目标，我们做了一系列的探索和实践，取得了明显实效。
作为应用型高校转型建设的重要举措之一和应用型人才培养的主要载体，本套规划教材着眼于应用型、工程型人才的培养和实践能力的提高，是在应用型高校建设中一系列人才培养工作的探索和实践的总结和提炼。在学校和学院领导的直接指导和关怀下，编委会依据社会对于电子信息和计算机学科人才素质和能力的需求，充分汲取国内外相关教材的优势和特点，组织具有丰富教学与实践经验的双师型高校教师成立编委会，编写了这套教材。
本套系列教材具有以下几个特点:
(1) 教材具有创新性。本系列教材内容体现了基本技术和近年来新技术的结合，注重技术方法、仿真例子和实际应用案例的结合。
(2) 教材注重应用性。避免复杂的理论推导，通俗易懂，便于学习、参考和应用。注重理论和实践的结合，加强应用型知识的讲解。(3) 教材具有示范性。教材中体现的应用型教学理念、知识体系和实施方案，在电子信息类和计算机类人才的培养以及应用型高校相关专业人才的培养中具有广泛的辐射性和示范性。
(4) 教材具有多样性。本系列教材既包括基本理论和技术方法的课程，也包括相应的实验和技能课程，以及大型综合实践性学科竞赛方面的课程。注重课程之间的交叉和衔接，从不同角度培养学生的应用和实践能力。
(5) 本套教材的编著者具有丰富的教学和实践经验。他们大多是从事一线教学和指导的、具有丰富经验的双师型高校教师。他们多年的教学心得为本教材的高质量出版提供了有力保障。
本套系列教材的出版得到了浙江省教育厅相关部门、浙江工业大学教务处和之江学院领导以及清华大学出版社的大力支持和广大骨干教师的积极参与，得到了学校教学改革和重点教材建设项目的资助，在此一并表示衷心的感谢。
希望本套教材的出版能够在转变教学思想，推动教学改革，更新知识体系，增强学生实践能力，培养应用型人才等方面发挥重要作用，并且为应用型高校的转型建设提供课程支撑。由于电子信息技术和计算机技术的发展日新月异，以及各方面条件的限制，本套教材难免存在不足之处，敬请专家和广大师生批评指正。
高等学校计算机类创新与应用型规划教材编审委员会
2016年10月随着计算机技术的发展，计算机在各个领域的作用日益提高，应用前景广阔。了解计算机系统的构成和工作原理，掌握微机系统应用的设计方法，是计算机应用和开发人员必须具备的一项基本技能。
本书的编写以好教、好学、好用为宗旨，将计算机硬件基础涉及的计算机组成原理、汇编语言程序设计、微机接口技术等课程的内容有机地组织起来，内容系统、全面，对基础原理讲解深入浅出，实例丰富，分析和注释详细，应用示例具有很强的典型性和实用性，注重实践能力的培养。
全书共分7章。第1章介绍计算机的概念、发展历程、计算机系统的组成与结构。第2章介绍计算机中的基本逻辑电路和数据的表示方法。第3章介绍运算器的实现原理及运算方法。第4章介绍存储系统的层次结构、存储器的实现原理、扩展技术以及高速缓冲存储器、虚拟存储器等存储技术原理。第5章介绍指令系统的格式、编码、设计原理，并以8086指令系统为具体示例，介绍汇编语言程序设计的方法、实例以及开发、调试的过程。第6章介绍中央处理器的结构和功能、控制器的实现原理和方法，并以8086为示例讲解微处理器的内部结构、外部引脚以及系统总线的实现方法。第7章介绍输入输出系统中总线的标准、接口的结构和控制技术、典型可编程接口芯片的原理和应用、常见输入输出设备的原理。
计算机系统原理课程包括的内容非常丰富，理论性较强。由于侧重计算机硬件系统的工作原理，传统的教学中，采用特定的实验设备作为教学辅助。特定的实验设备存在不能间断运行、维护成本高、实验电路的运作过程不能直观显现等问题。本教材提供了两种实验环境的实验项目设计，实验环境易于获得，操作方便，实验效果直观，作为特定实验设备的补充，可以极大地改善实验效果，促进课程的学习。
本书对原理部分的内容以精讲为原则，对应用部分的内容以多练为原则，在保证系统知识的连续性和完整性的同时，突出重点，注重实践，是一本实用性较强的专业基础课教材。本书可作为高等院校计算机科学与技术专业以及计算机应用相关专业的教材，也可作为企业、科研单位技术人员知识培训与继续教育的参考用书。
本书提供配套的课件、案例源代码、Flash演示动画、虚拟实验机软件等资源，读者可到清华大学出版社网站（http://www.tup.com.cn）的本书页面下载使用。
本书是作者多年实践和教学经验的结晶。在编写本书的过程中，作者也参考和引用了大量文献和网络资料，在此对有关文献和网络资料的作者表示感谢。
由于作者水平有限，书中难免有不妥和疏漏之处，恳请各位专家、同人和读者不吝赐教。作者邮箱： liujun@zjc.zjut.edu.cn。
作者
2019年7月
刘均，女，硕士，副教授，浙江工业大学之江学院信息学院专业教师。主持和参与省厅级、校级教改及科研项目6项，获校教学成果奖1项，院教学成果奖1项；作为第一、第二作者发表论文11篇，其中被EI索引收录2篇次；获授权发明专利1项;主编和参编教材6部
第1章概述1
1.1计算机的概念1
1.2计算机的发展历程2
1.3计算机的组成与结构4
1.3.1计算机硬件系统4
1.3.2计算机软件系统6
1.4实验设计7
1.4.1PC系统的组成7
1.4.2AEDK虚拟机的组成9
1.5本章小结11
习题111
第2章数据的表示13
2.1计算机常用的基本逻辑部件13
2.1.1基本逻辑电路13
2.1.28086系统的寄存器组17
2.2数值数据的编码表示19
2.2.1数制及数制转换19
2.2.2机器数编码表示24
2.2.3机器数表示形式的转换31
2.2.4十进制数的二进制编码表示33
2.3非数值数据的编码表示34
2.3.1逻辑数据34
2.3.2西文字符34
2.3.3汉字字符35
2.3.4多媒体信息35
2.4数据校验码362.4.1奇偶校验码37
2.4.2汉明校验码38
2.4.3循环冗余校验码40
2.5实验设计43
2.5.1PC的寄存器组43
2.5.2AEDK虚拟机的寄存器组45
2.6本章小结51
习题252
第3章运算器与运算方法55
3.1运算器55
3.1.1半加器和全加器55
3.1.2加法器57
3.1.3算术逻辑单元60
3.1.48086的算术逻辑单元63
3.2定点加减法运算64
3.2.1补码定点加减法64
3.2.2补码加减法运算器65
3.3定点乘法运算66
3.3.1原码乘法67
3.3.2补码乘法69
3.3.3阵列乘法器71
3.4定点除法运算72
3.4.1原码除法运算 73
3.4.2补码除法运算76
3.4.3阵列除法器77
3.5浮点运算77
3.5.1浮点加减法运算783.5.2浮点乘除法运算79
3.6十进制数的加减法运算80
3.7实验设计83
3.7.1PC的运算器83
3.7.2AEDK虚拟机的运算器84
3.8本章小结88
习题388
第4章存储系统89
4.1存储系统概述89
4.1.1存储器的主要性能指标89
4.1.2存储器分类90
4.1.3存储系统的层次结构91
4.2半导体读写存储器91
4.2.1半导体基本存储单元92
4.2.2半导体RAM芯片93
4.2.3用存储芯片构成主存储器96
4.2.48086系统的存储器组织101
4.3半导体只读存储器103
4.3.1掩膜只读存储器103
4.3.2可编程只读存储器104
4.3.3可擦除和编程的只读存储器104
4.3.4电擦除电改写只读存储器105
4.4高速缓冲存储器105
4.4.1工作原理105
4.4.2映像方式106
4.4.3替换算法111
4.5虚拟存储器1134.5.1虚拟存储器的概念113
4.5.2虚拟存储器的基本管理方法113
4.6辅助存储器116
4.6.1磁表面存储器116
4.6.2光盘存储器117
4.7实验设计118
4.7.1PC的存储器118
4.7.2AEDK虚拟机的存储器121
4.8本章小结123
习题4124
第5章指令系统127
5.1指令系统概述127
5.1.1指令的格式127
5.1.2寻址方式128
5.1.3指令类型131
5.28086指令系统131
5.2.1处理器控制类指令132
5.2.2数据传送类指令133
5.2.3算术运算类指令138
5.2.4位操作类指令145
5.2.5串操作类指令150
5.2.6控制转移类指令152
5.2.7中断指令和系统功能调用157
5.3指令编码159
5.4指令格式设计162
5.5指令的执行164
5.5.1指令部件1645.5.2指令的执行方式164
5.68086汇编语言程序设计165
5.6.1结构类伪指令166
5.6.2数据定义伪指令167
5.6.3运算符和操作符170
5.6.4汇编语言程序设计示例172
5.7实验设计180
5.7.1PC的指令系统180
5.7.2AEDK虚拟机的指令系统187
5.8本章小结192
习题5193
第6章中央处理器197
6.1中央处理器的结构与功能197
6.1.1中央处理器的功能198
6.1.2中央处理器的基本结构198
6.1.3中央处理器的控制流程200
6.1.4中央处理器的时序控制方式201
6.2指令执行控制序列201
6.3控制器的设计205
6.3.1组合逻辑控制器205
6.3.2PLA控制207
6.3.3微程序控制器208
6.48086微处理器224
6.4.18086的内部结构224
6.4.28086的外部引脚224
6.5实验设计229
6.5.1PC的微处理器2296.5.2AEDK虚拟机的控制器 230
6.6本章小结233
习题6233
第7章输入输出系统235
7.1总线与接口标准235
7.1.1总线的性能参数和分类235
7.1.2常见的总线标准236
7.1.38086系统总线构成238
7.2输入输出接口240
7.2.1接口的组成结构241
7.2.2I/O端口地址译码242
7.2.3输入输出控制方式247
7.2.4并行接口249
7.2.5定时/计数技术262
7.2.6中断技术272
7.3输入输出设备291
7.3.1常用输入设备291
7.3.2常用输出设备292
7.4实验设计295
7.4.1PC的接口及输入输出设备295
7.4.2EL实验机的接口及输入输出设备296
7.5本章小结308
习题7309
参考文献311
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