前言

電子科技大學(xué)于2016年啟動了互聯(lián)網(wǎng) 復(fù)合型精英人才培養(yǎng)計劃，以互聯(lián)網(wǎng) 復(fù)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(xué)與自然科學(xué)知識、寬厚的移動互聯(lián)網(wǎng)知識和信息深度分析與應(yīng)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(fù)合型精英人才。本書的參編教師承擔(dān)了該培養(yǎng)計劃中平臺核心課程計算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)的建設(shè)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(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院在全國計算機(jī)專業(yè)教學(xué)改革浪潮中也開始了對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的硬件系列課程的教學(xué)改革，改革內(nèi)容包括教學(xué)思路、內(nèi)容和教學(xué)方法的全面更新。本書的參編教師均為承擔(dān)相關(guān)教學(xué)改革研究的一線教師，具有多年的豐富教學(xué)經(jīng)驗，取得了較為豐碩的教學(xué)成果和教學(xué)經(jīng)驗。

本書融合了計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的三門核心硬件課程（數(shù)字邏輯、計算機(jī)組成原理和計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）的重要知識點，擯棄了這三門課程傳統(tǒng)內(nèi)容中不太相關(guān)的瑣碎知識點，引入了最新的技術(shù)知識和數(shù)據(jù)，以數(shù)字電路基礎(chǔ)、處理器的基本電路模塊構(gòu)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(jī)系統(tǒng)中的基本原理、設(shè)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(guān)考點進(jìn)行盡量多的覆蓋，并對處理器的相關(guān)章節(jié)從基本原理到設(shè)計方法再到代碼實現(xiàn)的完整過程進(jìn)行了系統(tǒng)性的詳細(xì)講述。在正文中還穿插了快速練習(xí)等提示，提示讀者進(jìn)行進(jìn)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(guān)內(nèi)容進(jìn)行補充或進(jìn)一步的解釋。

作者充分查閱和對比了目前國內(nèi)外主流組成原理類和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類教材以及相關(guān)材料，進(jìn)行了多方面的研討，從而確定了內(nèi)容的編排和編寫的分工。除了教學(xué)工作外，作者還承擔(dān)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(nèi)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(fù)責(zé)統(tǒng)稿。

本書的內(nèi)容包括數(shù)字邏輯、計算機(jī)組成原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三個方面的內(nèi)容，圍繞現(xiàn)代處理器的設(shè)計方法和過程進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，具體內(nèi)容如下：

第1章介紹計算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)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(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)成，計算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)及計算公式。

第2章介紹計算機(jī)系統(tǒng)中常用的幾種進(jìn)位計數(shù)制，不同進(jìn)位計數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換計算方法，二進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(nèi)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(shè)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(fēng)格的單周期模型機(jī)的設(shè)計和實現(xiàn)過程，處理器的異常和中斷概念及其處理機(jī)制。

第6章介紹流水線的基本概念，單周期模型機(jī)的流水線擴(kuò)展，解決結(jié)構(gòu)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(jìn)的指令級并行的流水線架構(gòu)。

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

第8章介紹I/O設(shè)備的相關(guān)概念及屬性指標(biāo)，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(jié)構(gòu)、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(shù)，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(gòu)。

由于作者水平有限，成稿時間較短，書中難免有錯誤和不當(dāng)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(xué)教務(wù)處、互聯(lián)網(wǎng) 專業(yè)和計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院的相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)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(xí)題等方面的制作和整理。

作 者

于電子科技大學(xué)