清华大学计算机系列教材：计算机组成与结构（第5版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王爱英 编

图书标签:

• 计算机组成原理
• 计算机体系结构
• 清华大学
• 教材
• 计算机科学
• 数字电路
• 汇编语言
• 存储系统
• 处理器
• 计算机硬件

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302290117

版次：5

商品编码：11169601

品牌：清华大学

包装：平装

丛书名： 北京高等教育精品教材

开本：16开

出版时间：2013-01-01

用纸：胶版纸

页数：329

字数：521000

正文语种：中文

编辑推荐

　　本书荣获如下奖项：
　　第1版获第三届全国工科电子类优秀教材二等奖
　　第2版获中华人民共和国教育部科技进步三等奖
　　第3版被评为北京高等教育精品教材
　　第4版被评为普通高等教育“十一五”国家规划教材
　　第5版被评为清华大学985校级首批名优教材
　　本书是国内非常优秀的计算机组成与结构教材材！
　　本书的配套教材是《计算机组成与结构（第5版）习题详解、实验和CPU设计指导》。

内容简介

　　

　　《清华大学计算机系列教材：计算机组成与结构（第5版）》共分12章。第1章-第10章主要论述计算机的基本组成原理和结构，内容包括数制和码制，基本逻辑部件，构成计算机系统的中央处理器（CPU）、存储器系统以及输入输出（I/O）系统等。第11章讨论了计算机系统和基于互联网的应用。第12章介绍了计算机硬件技术的发展及其实施基础。
　　《清华大学计算机系列教材：计算机组成与结构（第5版）》可作为理工科大学生学习“计算机组成与结构”课程或“计算机组成原理”课程的教材，也可供计算机研发和应用领域的工程技术人员参考。

内页插图

目录

第1章 计算机系统概论
1.1 计算机的诞生和发展
1.2 计算机的硬件
1.3 计算机的软件
1.4 计算机网络基础
习题

第2章 计算机的逻辑部件
2.1 计算机中常用的组合逻辑电路
2.1.1 三态电路
2.1.2 异或门及其应用
2.1.3 加法器
2.1.4 译码器
2.1.5 数据选择器
2.2 时序逻辑电路
2.2.1 触发器
2.2.2 寄存器和移位寄存器
2.2.3 计数器
2.3 阵列逻辑电路
2.3.1 只读存储器（RoM）
2.3.2 可编程序逻辑阵列（PLA）
2.3.3 可编程序阵列逻辑（PAL）
2.3.4 通用阵列逻辑（GAL）
2.3.5 门阵列（GA）、宏单元阵列（MCA）和标准单元阵列（SCA）
2.3.6 现场可编程序门阵列（FPGA）
习题

第3章 运算方法和运算部件
3.1 数据的表示方法和转换
3.1.1 数值型数据的表示和转换
3.1.2 十进制数的编码与运算
3.2 带符号的二进制数据在计算机中的表示方法及加减法运算
3.2.1 原码、补码、反码及其加减法运算
3.2.2 加减法运算的溢出处理
3.2.3 定点数和浮点数
3.3 二进制乘法运算
3.3.1 定点数一位乘法
3.3.2 定点数二位乘法
3.3.3 阵列乘法器
3.4 二进制除法运算
3.4.1 定点除法运算
3.4.2 提高除法运算速度的方法举例
3.5 浮点数的运算方法
3.5.1 浮点数的加减法运算
3.5.2 浮点数的乘除法运算
3.6 运算部件
3.7 数据校验码
3.7.1 奇偶校验码
3.7.2 海明校验码
3.7.3 循环冗余校验（CRC）码
习题

第4章 主存储器
4.1 主存储器分类、技术指标和基本操作
4.2 读／写存储器
4.3 非易失性半导体存储器
4.4 存储器的组成与控制
4.5 多体交叉存储器
习题

第5章 指令系统
5.1 指令系统的发展
5.2 指令格式
5.2.1 指令格式
5.2.2 指令操作码的扩展技术
5.2.3 指令长度与数据字长的关系
5.3 寻址方式
5.4 指令类型
5.4.1 指令的分类及功能
5.4.2 双字长运算（子程序举例）
5.4.3 指令系统的兼容性
5.5 精简指令系统计算机（RISC）和复杂指令系统计算机（CISC）
5.5.1 CISC的特点
5.5.2 RISC的产生与发展
5.5.3 RISC的特点
5.6 指令系统举例
……
第6章 中央处理器
第7章 存储系统
第8章 辅助存储器
第9章 输入输出（I/O）设备
第10章 输入输出（I/O）系统
第11章 计算机系统和基于互联网的应用
第12章 计算机系统硬件技术的发展及其实施基础

习题答案
参考文献

前言/序言

　　本书是为计算机专业的学生以及从事计算机科学与技术研究与开发的工程技术人员编写的，但同样适合电子类其他专业（如自动化、微电子、通信等）的学生使用。本书从计算机基本原理讲起，密切注意与当前计算机发展水平相结合，内容广泛，同时力图贯彻少而精的原则。
　　本书于1989年初次出版，第2、3、4版分别在1995年、2001年和2007年问世。承蒙各界厚爱，本书发行量已达到60余万册，并先后获得电子部和教育部的奖励，被评定为北京高等教育精品教材。众所周知，计算机应用推广极为迅猛，计算技术与移动通信、视频技术日益融合。为了更好地为教学和读者服务，我们不断对本书进行修订，跟踪技术的发展，调整和充实内容，并提高可读性，以有利于教学工作的开展。
　　改革开放以来，我国经济建设各方面取得了很大成就，在科学、技术和制造等领域，正从引进向创新阶段迈进，只有创新才能自立。计算机软件和微电子是国家重点发展的目标，计算机软件运行在计算机上，微电子的水平体现在微处理器的设计和制造能力上，其他学科也有类似情况，这就说明了为什么多个专业都需要了解计算机硬件。
　　在本书中我们把计算机结构定义为系统程序员所能见到的计算机硬件特性，计算机组成则是指计算机硬件的具体实现。
　　本书的第1章对计算机系统进行了综述，第2章～第10章着重阐述构成一台计算机的基本原理。由于计算机技术发展很快，某些观点会随着计算机的发展而产生变化，因此希望读者着重于基本原理的理解。例如，对于计算机的各个功能部件，应着重了解它们在整机中的作用以及由此而分配给各部件所要完成的任务，从而正确设计或选用硬件，而不致被众多的、风格各异的计算机结构及组成所迷惑。根据摩尔定律，半导体芯片的集成度每隔18个月翻一番，计算机的功能和性能也随之提高，由此可理解计算机技术的发展是必然的。这就可以说明为什么过去仅在大型机中才采用的流水线组织、并行处理、cache和虚拟存储器等技术可以移到微处理器芯片中去实现。随着互联网(Internet)的发展，计算机和网络已融为一体，对计算机的结构影响很大；更由于操作系统与硬件、网络和应用关系密切，因此在第11章中介绍了操作系统和计算机网络的基本概念，为后续课程的学习起引导作用。
　　第12章讲述了计算机硬件技术的发展及其实施基础，强调了计算机向高性能和普及应用方向发展的实现与采取的技术措施。目前计算机的硬件设计已深入到微电子领域，作为计算机、自动化、微电子和电子类其他专业的学生，今后会有一部分人从事硬件设计工作。因此在本章中介绍一些基础知识。
　　本书的第1版经过当时的清华大学计算机系“计算机原理”教学小组讨论、参与和试用。后来因计算机科技的发展以及进一步提高教学质量等原因，对本书进行了多次重大的修改、调整和补充。在本书第4版中，第2章和第12章的部分内容（硬件描述语言）由王尔乾编写，蔡月茹提供了一部分习题和答案。在第5版中，第11章由杨蔚明编写，杨健、叶郁和杨蔚明提供了与当前计算技术和应用相关的资料。王爱英对全书进行了修改和整理。在此向所有为本书的出版付出劳动的老师和同事们表示感谢。
　　最后向使用本书作为教材的老师和同学们以及广大的读者表示感谢，正是依靠你们，本书的作用才得以发挥。
　　编者2012年5月

《计算机系统架构：底层原理与实践》 内容简介 这是一本深度剖析现代计算机系统底层运行机制的著作，旨在为读者构建一个清晰、扎实的计算机科学基础。本书以构建和理解复杂计算系统为核心目标，循序渐进地揭示了从最基础的逻辑门到高级处理器设计的演进过程，并深入探讨了不同抽象层次之间的联系与权衡。本书不仅侧重于理论的阐述，更强调与实际工程应用的结合，通过丰富的实例和思考题，引导读者将理论知识转化为解决实际问题的能力。 第一部分：数字逻辑与基本元件 在数字化浪潮席卷全球的今天，理解计算机的语言——二进制，以及构成这一切的基石，数字逻辑，是通往计算机科学殿堂的第一步。本书的开篇，我们将从最基本的逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）出发，这些看似简单的逻辑单元，却是构建一切计算能力的最根本模块。我们将详细介绍它们的真值表、逻辑表达式以及在物理电路中的实现方式。 随后，我们将进一步探索如何利用这些基本逻辑门组合出更复杂的数字电路，例如组合逻辑电路（如加法器、多路选择器、译码器）和时序逻辑电路（如触发器、寄存器、计数器）。理解这些电路的工作原理，是理解计算机如何进行数据处理、存储和控制的基础。我们将深入分析这些电路的设计思路、工作流程以及它们在现代计算机中所扮演的关键角色。例如，我们将探讨全加器是如何一步步累加二进制数，以及D触发器如何实现状态的存储，为后续的处理器设计奠定坚实的基础。 第二部分：数据表示与运算 计算机处理的是数字，而这些数字在计算机内部又是如何表示的呢？本书将详细讲解二进制、八进制、十进制和十六进制之间的转换，以及它们在计算机系统中的应用。重点将放在二进制表示上，包括整数的无符号和带符号表示（如原码、反码、补码），以及浮点数的表示（如IEEE 754标准）。理解这些表示方法，对于深入理解计算机的算术逻辑单元（ALU）如何执行加、减、乘、除等运算至关重要。 我们还将探讨计算机如何执行这些基本的算术和逻辑运算。这将包括对加法器、减法器、乘法器和除法器等算术电路的设计原理和实现方式的深入剖析。同时，逻辑运算（AND, OR, XOR, NOT）在数据处理中的应用也将被详细阐述。本书将特别关注溢出问题在算术运算中的检测与处理，以及逻辑运算在位掩码、条件判断等场景中的应用。 第三部分：处理器架构与指令集 处理器是计算机的“大脑”，其设计是计算机系统复杂性的核心体现。本部分将引领读者走进处理器设计的殿堂，从最基础的CPU结构开始，逐步构建起对现代处理器工作原理的认知。我们将详细介绍CPU的五大组成部分：控制单元、算术逻辑单元（ALU）、寄存器组、时钟以及总线接口。 我们将深入解析指令集架构（ISA）的概念，这是硬件与软件之间的桥梁。读者将了解指令的格式、寻址方式以及不同类型的指令（数据传送指令、算术逻辑指令、控制流指令等）是如何被CPU执行的。我们将以一个简化的RISC（精简指令集计算机）指令集为例，逐步讲解CPU如何完成一个指令的提取、解码、执行、写回（Fetch-Decode-Execute）的完整周期。 为了提高处理器性能，流水线技术是不可或缺的。本书将详细讲解指令流水线的工作原理，包括五个阶段（取指、解码、执行、访存、写回）是如何并行工作的，以及如何通过优化流水线来提高指令吞吐量。同时，我们将探讨流水线中可能出现的冲突（结构冲突、数据冲突、控制冲突）以及相应的解决方案（如暂停、转发、分支预测）。 第四部分：存储器系统 存储器是计算机系统中不可或缺的一部分，它负责存储程序指令和数据。本书将全面介绍计算机的存储器层次结构，从速度最快、容量最小的寄存器，到高速缓存（Cache），再到主存储器（RAM），以及速度最慢、容量最大的外部存储器（如硬盘）。我们将深入探讨各个层次存储器的特性、工作原理以及它们之间是如何协同工作的。 重点将放在缓存（Cache）的设计与原理。我们将详细讲解缓存的工作原理，包括缓存的映射方式（直接映射、全相联映射、组相联映射）、块替换算法（如LRU）以及写策略（写回、写通）。理解缓存的命中与未命中机制，对于优化程序性能至关重要。 我们还将深入介绍主存储器（RAM）的工作原理，包括DRAM和SRAM的结构和特性。对于外部存储器，我们将简要介绍硬盘的读写机制以及固态硬盘（SSD）的工作原理，以及它们在整个存储层次结构中的作用。 第五部分：输入/输出（I/O）系统 计算机需要与外部世界进行交互，这主要通过输入/输出（I/O）设备完成。本部分将深入探讨I/O系统的设计和工作原理。我们将介绍I/O设备与CPU之间的数据传输方式，包括程序控制I/O、中断驱动I/O以及直接内存访问（DMA）。DMA的引入极大地减轻了CPU的负担，提高了I/O效率，我们将详细分析其工作流程。 本书还将介绍总线（Bus）的概念，它是连接CPU、存储器和I/O设备的关键通信路径。我们将探讨不同类型的总线（如系统总线、I/O总线），总线的协议和仲裁机制。 第六部分：并行与分布式计算导论 随着计算需求的不断增长，单核处理器的性能提升逐渐遇到瓶颈，并行与分布式计算应运而生。本书将为读者打开一扇了解这些先进计算范式的大门。我们将介绍并行计算的基本概念，包括任务级并行和指令级并行。 我们将探讨多核处理器的架构，以及它们如何通过共享缓存和私有缓存来提高计算效率。随后，我们将引入分布式系统的概念，例如集群计算、网格计算和云计算，并简要介绍它们的基本原理和应用场景。读者将对如何利用多台计算机协同完成复杂计算任务有一个初步的认识。 第七部分：系统性能分析与优化 理解计算机系统如何工作仅仅是第一步，更重要的是如何让它更好地工作。本部分将指导读者如何对计算机系统的性能进行分析和评估。我们将介绍性能衡量的指标，如时钟速度、指令周期、吞吐量和延迟。 本书将探讨影响计算机系统性能的关键因素，包括指令集架构、处理器设计、存储器层次结构、I/O带宽以及软件优化。读者将学习到如何通过代码优化、算法选择以及利用编译器指令等方法来提高程序的执行效率。我们将通过实例分析，展示如何识别性能瓶颈并采取相应的优化措施。 结语 《计算机系统架构：底层原理与实践》力求为读者提供一个全面而深入的计算机系统理解框架。从最基础的数字逻辑到复杂的并行计算，本书层层递进，将抽象的概念具象化，将理论与实践紧密结合。我们希望通过本书的学习，读者能够不仅理解“是什么”，更能理解“为什么”和“怎么做”，为他们在计算机科学领域的进一步学习和实践打下坚实的基础，激发他们对计算机系统深层奥秘的探索热情。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对计算机硬件设计领域感兴趣的初学者，我一直在寻找一本能够系统性地介绍计算机组成原理的入门读物。《清华大学计算机系列教材：计算机组成与结构（第5版）》无疑成为了我的首选。这本书的知识体系非常完整，从最基础的二进制数和逻辑门电路开始，逐步深入到CPU的内部结构、存储器系统、I/O设备以及总线系统。让我印象深刻的是，作者在讲解过程中，非常注重理论与实践的结合。书中穿插了大量的图例和表格，帮助我更直观地理解抽象的概念。例如，在介绍指令格式时，作者会给出具体的指令编码示例，并分析其含义，这比单纯的理论描述要生动得多。此外，书中对于现代计算机体系结构的一些前沿技术的介绍，如多核处理器、并行计算等，也让我看到了这个领域的发展方向。虽然有些内容对我来说还有些难度，但我相信通过反复研读和思考，我一定能够掌握这些知识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常有学术气息，采用了深蓝色背景，搭配白色的文字，显得既庄重又专业。翻开书页，一股淡淡的油墨香扑鼻而来，这种感觉是电子书无法替代的。我最喜欢的是它清晰的排版和大量的图示，无论是CPU的内部结构、内存的寻址方式，还是总线的通信协议，都被细致入微地绘制出来。这些图不仅仅是装饰，更是理解复杂概念的绝佳辅助。作者在讲解过程中，总是能从宏观到微观，一步步地引导读者深入理解。比如，在讲解指令流水线时，作者并没有直接抛出复杂的模型，而是先从简单的指令执行过程讲起，再逐步引入指令冲突、停顿等问题，最后才引出流水线技术，这种循序渐进的方式让我在学习过程中感到十分顺畅，一点也不觉得吃力。而且，书中对于一些经典计算机体系结构的讲解，如x86架构的演进，也让我对现代计算机硬件的发展历程有了更深的认识。总的来说，这本书是一本非常值得反复阅读和参考的经典教材，它不仅教会我知识，更培养了我严谨的治学态度。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书的时候，我正好在准备一个相关的技术面试，抱着试试看的心态翻阅了一下。没想到，里面的内容比我想象的要深入和全面得多。尤其是在处理器设计部分，关于指令集架构（ISA）的选择、微架构的优化策略，以及如何权衡性能、功耗和面积（PPA）的讨论，都让我大开眼界。书中对现代CPU的一些核心技术，比如分支预测、乱序执行、缓存一致性协议等，都有非常详尽的阐述，并且结合了大量的实例来加以说明。我特别欣赏作者在讲解过程中所展现出的深度和广度，他似乎对计算机体系结构的每一个细节都了如指掌，并且能够用简洁明了的语言将其解释清楚。对于我这种在实际工作中接触过一些底层开发但对硬件原理不甚了解的人来说，这本书简直是一本“救星”。它不仅填补了我知识上的空白，还让我对计算机底层是如何工作的有了全新的认识，这对于我后续的面试准备和实际工作都起到了至关重要的作用。

评分☆☆☆☆☆

我是一名软件工程师，经常需要与底层系统打交道，但对计算机硬件的原理一直没有一个清晰的认识。偶然间，我翻阅了这本《计算机组成与结构（第5版）》。这本书的讲解方式非常独特，它不像一些理论教材那样枯燥乏味，而是充满了逻辑性和启发性。作者以一种“循序渐进”的方式，将一个复杂的计算机系统分解成一个个相对独立的部分，然后分别进行深入的剖析。从最基础的二进制数据表示，到各种逻辑电路的组合，再到CPU如何执行指令，内存如何存储数据，以及各种I/O设备如何与CPU进行交互，每一个环节都被讲解得条理清晰。我特别欣赏书中对于“性能优化”和“资源管理”的探讨，这对于我理解程序运行的效率瓶颈非常有帮助。读完这本书，我感觉自己对计算机的理解从“黑箱”变成了“透明”，能够更从容地分析和解决一些底层的技术问题，对于我未来的职业发展具有重要意义。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对计算机底层技术充满好奇的学生，一直想深入了解计算机是如何工作的。在众多的教材中，《计算机组成与结构（第5版）》以其权威性和深度吸引了我。这本书的语言风格非常严谨，但又不失通俗易懂。作者在讲解每一个概念时，都会先给出清晰的定义，然后通过理论分析和实际案例相结合的方式来解释。我尤其喜欢书中对数据表示、逻辑运算、以及CPU指令集部分的详细讲解。对于那些二进制、十六进制的转换，以及各种逻辑门电路的工作原理，作者都进行了细致的梳理，让我能够清晰地理解计算机是如何进行计算的。而且，书中关于存储器的层次结构，包括寄存器、缓存、主存和外存之间的关系，以及它们如何协同工作来提高数据访问效率，我也觉得非常有启发性。这本书对我而言，不仅仅是一本教科书，更是一扇打开计算机世界大门的钥匙，让我得以窥探到那些隐藏在代码之下的神奇逻辑。

评分☆☆☆☆☆

很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好很好

评分☆☆☆☆☆

评价大于20元的商品超过10个字就有机会获得京豆~

评分☆☆☆☆☆

首先要说的是快递速度挺快的，这批书是替别人买的，不过京东自营的书质量应该有保证，自己也买了好多，这次活动挺优惠的，希望优惠常有，不过已经吃土了，没钱买了??

评分☆☆☆☆☆

太经典，指名道姓要买这本，希望下次回来小宇宙有提升

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全新正版，推荐购买使用，，，，

评分☆☆☆☆☆

刚开始..等一段时间后再来评价

评分☆☆☆☆☆

这个包装让我有一种买了盗版货的感脚！

评分☆☆☆☆☆

不错不错，，，，，，，，，，，，，，，，，，，

评分☆☆☆☆☆

京东自营的物品质量可靠，从物流到售后服务也都特别的到位。每次出现问题客服都会积极的帮助顾客去解决。我家现在所有物品都是京东提供，最主要是服务好，出现问题不推诿，问题解决及时态度热情。一个网店能够开的如此细微周到实数是用心在做。一个人做好容易，不容易的是一个团队都在用心做。京东从产品质量、后台客服服务、再到快递员工积极热情的工作态度真是我所遇到所有网店不能及的。祝贺京东蒸蒸日上、成为同行标榜。(*^ω^*)