计算机组成与设计

QLY2024

计算机组成与设计
《计算机组成与设计》是计算机类专业核心基础课程与经典教材，核心围绕 “计算机硬件系统的构成、工作原理及设计方法” 展开，衔接数字逻辑与计算机体系结构，兼具理论深度与工程实践导向，旨在帮助学习者理解计算机硬件的底层运行机制，掌握硬件系统的设计与优化逻辑。

内容框架清晰，核心涵盖五大模块：
一是计算机系统概述，明确计算机的基本定义、冯・诺依曼体系结构核心思想（存储程序、程序控制），以及软硬件协同工作的基本逻辑；
二是数据表示与运算，详解二进制、定点数、浮点数的表示方法，以及算术运算（加减乘除）和逻辑运算的硬件实现原理，包括 ALU（算术逻辑单元）的设计；
三是存储系统，分析存储器的层次结构（寄存器、Cache、主存、外存），阐述各层级存储器的工作原理、性能指标及设计优化，重点讲解 Cache 的映射机制与主存的编址方式；
四是指令系统与中央处理器（CPU），涵盖指令格式、寻址方式、指令流水线设计，以及 CPU 的核心组成（控制器、运算器）与工作流程（取指、译码、执行、访存、写回）；
五是输入输出系统，介绍 I/O 接口的功能、I/O 传输控制方式（程序查询、中断、DMA），以及外设与主机的协同工作机制。

教材普遍采用 “原理 + 实例” 的编写思路，结合 MIPS 等经典指令集架构，通过硬件电路设计、性能分析等实践案例，衔接理论与工程应用。
其核心价值在于构建计算机硬件的完整知识体系，为后续学习操作系统、编译原理、嵌入式系统等课程奠定基础，同时培养学习者的硬件设计思维与性能优化能力，适用于计算机专业学生、硬件研发工程师及相关技术学习者。