图书前言

本书的几名作者对第3版的修订效果的期望值比较高,希望本书在内容选择和知识层次等方面能体现出某些特色,对改革课程的教学内容和质量有所贡献。

本书在内容选择方面,首先期望能提供计算机组成方面更完整、更系统的知识,在以硬件知识为主的前提下,适当地添加监控程序和汇编语言程序设计这类底层的软件内容,把“计算机组成原理”课程架设在软硬件有一定完整性的系统平台之上,而不是局限于硬件裸机的框架之内。其次期望在计算机组成原理内容的基础上,进一步增加部分系统结构的基本概念、基础知识以及提高计算机系统性能的主要途径的有关内容,以适应一些院校在“计算机组成原理”课程之后不再开设“系统结构”课程的教学安排。最后期望通过简要介绍ABEL、VHDL硬件描述语言,选用高集成度的现场可编程器件CPLD、FPGA芯片设计实现CPU,把计算机的最新设计手段和实现技术加入到教材中。引导学生在教师的指导下,自己动手设计并实现一台硬软件组成大体完整且简单的计算机系统,以适应实践教育的办学理念,增强学生的开创意识,提高动手能力,保证教学内容适度的先进性。

本书在知识层次方面,准备把主要的教学内容按照基本通用原理、简明原理示例、典型产品实用三个层次来逐层讲解。基本通用原理是基础,是学习与理解计算机组成与运行机制的核心知识,其特点是稳定性(不随时间的变迁而改变)和通用性(不随具体机型而变化),是学生一定要掌握的部分。值得庆幸的是,讲解这部分内容的文字并不是太多,理解也不是太难,是很容易掌握的。但出于性能价格比的考虑,没有一台计算机是完全遵照基本原理来设计实现的,换句话说,要把原理转换成真实的计算机系统,还有许多技术、工程、工艺问题需要解决,这些问题很难在一门课程的教学过程中说得清楚。在典型产品实用层次,只能给出在成功的计算机系统中设计实现的结果及其外特性,可以体现用到的基本原理,了解计算机当前的技术水平和发展现状,而不能更深入地了解其具体组成与设计实现的技术细节。为此,在这两个层次之间增加了简明原理示例层次,该层次强调充分体现和运用学到的基本原理知识,并进一步引导学生学习、体验设计实现一台简单(易学、价廉)计算机系统的方法与过程,真正做到把学习知识和增长实践能力结合起来,体现学为所用、学有所用的教学理念,增强学生的创新意识和开创能力。

计算机组成与设计(第3版)第3版前言本版的内容相对于前一版教材有较大幅度的改动,主要体现在以下几个方面。

(1)  在“计算机系统概述”一章增加了“计算机系统主要的技术和性能指标”一节,使学生能够尽早地对计算机系统的组成有一个完整的认识,对计算机系统中的核心术语有初步的了解,为后面的学习提供比较清晰的系统知识框架。

(2)  对“数字电路基础和计算机中的逻辑部件”一章的内容进行了大量删减,只限于给出示例计算机中所用到的器件的功能及其使用方法,以能够理解示例计算机的各个部件的逻辑线路为基本要求,增加了现场可编程器件CPLD、FPGA芯片的内部组成与使用、编程等内容。

(3)  在计算机系统设计部分简化了传统手工设计的内容,增加了通过更现代化的工具软件完成CPU设计的实例,体现出计算机系统设计的最新技术。考虑到兼顾指令串行执行和流水线执行两种模式,控制器改为以硬连线方式为主,而把微程序的控制器作为补充内容。

(4)  在CPU的功能和组成部分增强了对通用原理的讲解,并且通过文字讲解和VHDL语言描述的双重手段说明部件功能,进一步减少了计算机实现中的逻辑线路内容。注意处理好教学示例计算机和MIPS计算机两个实例系统的关系。本书较大幅度地压缩了原来的教学示例计算机实现的篇幅,增加了典型RISC结构的MIPS计算机的CPU系统介绍,使重点教学内容更加突出。

(5)  本版教材显著地增加了计算机系统结构的内容,包括指令流水线和并行计算机体系结构等两部分,以适应国内教学课程体系变革的要求,做到和国外知名院校的教学安排相接轨。

总之,本书重点介绍了计算机组成完整的知识和系统设计的相应技术,并在某些章节中专门讲解计算机体系结构的一些基础内容,作为预备性知识,简单介绍了数字电路与逻辑设计的有关内容。

选用本教材时,总的教学学时约为60~90时,我们将提供与本教材配套的教学课件和教师用书。各教学单位应该针对自己的教学要求,对教材中的内容做出选择,确定重点。不加区别地从头到尾都讲一遍是不可取的。若能在示例计算机系统上完成必要的教学实验,可以明显改善教学效果。用软件模拟系统完成实验也是可选方案之一。

本书的第1~6章由王诚编写,第7章由刘卫东编写,第8章和第9章由宋佳兴编写,王诚对全书进行了统编。这几名作者有多年从事本专业教学和科研工作的经历,所授的“计算机组成原理”课程被评为清华大学、北京市和国家三个级别的精品课程。

由于时间和作者的水平有限,书中难免会存在不足或不当之处,敬请广大读者批评指正。

王 诚2008年1月于清华大学