本书包含五个部分，共18章。*部分是信息系统中的计算机导论，简要说明组成现代计算机系统的每个组件。其余四个部分分别讲述计算机体系结构的一个方面。第二部分论述计算机中数据的作用和表示方法式。第三部分介绍硬件体系结构和操作的概念，讲解计算机的组件并展示这些组件如何协作起来执行计算机指令，还探讨了CPU、内存和I/O外设之间的交互。第四部分对计算机网络原理进行介绍。第五部分探讨系统软件，即用户和应用程序可访问的、管理计算机系统和组件资源的程序。除了教材中使用的大量实例外，网络补充章节也提供了很多实例研究。

目前，世界上有不少便捷、有用的在线学习资源，维基百科、谷歌、各种新闻源、数以百万计的网站和博客，甚至是YouTube，几乎可以提供任意主题的信息访问，这些主题能触发你的好奇心，激发你的学习兴趣。然而，我仍然认为，要深入理解某个东西，老式的纸质印刷教材仍然是一种综合式的重要方法，并且无可替代。或许电子书可以与之媲美，但它也属于教材。
每当我打开一本新书时，不管什么主题，我想知道的第一件事情就是这本书提供了哪些内容，是否值得去读。对于此刻你手里拿着的或平板电脑上的这本书，我愿意试着回答这个问题。
信息系统和技术领域是一个非常令人兴奋的领域，似乎每天都有新的发展，这些发展能改变我们产生和使用信息的方式。当然，这也带来了挑战。要成为信息系统或信息技术领域的成功人士，我们必须具有适应性和灵活性。
很多变化都是围绕着计算机系统技术而发生的，毕竟计算机是信息技术的基础。因此，深入理解计算机系统是取得成功的基本要素。我们必须掌握每项新技术，评估其价值，并将其放入计算机系统知识体系里。
本书的主题是计算机体系结构。计算机体系结构描述了数字计算机和基于计算机的设备的结构和操作。计算机体系结构关注的是硬件的运行方法，操作系统软件提供的服务，数据的获取、处理、存储和输出，以及基于计算机的设备之间的交互。
有这样一种倾向，就是信息系统和技术领域内的人员常常会忽视计算机体系结构的学习。毕竟，技术变化如此之快—到我写完本书的时候，某些技术可能已经过时，那么是否还值得去理解它们？毫无疑问，计算机技术发展非常快。智能手机的计算能力比25年前的大型计算机强很多，内存、硬盘和闪存的容量，显示和多媒体能力以及易用性等在几年前都是不可想象的。更重要的是，现在将系统连接在一起协同工作，也是十分平常和简单的。
然而很有意思的是，在过去的70年里，随着技术的快速发展，计算机体系结构的重要概念变化并不大。一些新技术仍然基于多年前提出的基本体系结构概念。现代计算机系统的体系结构是20世纪40年代开发的。现代个人计算机或智能手机里的指令集和20世纪五六十年代的计算机指令集几乎一样。现代操作系统技术开发于20世纪60年代，图形用户界面是基于20世纪60年代的一个项目而开发的，互联网的构建也是来自40多年前提出的概念。
可见，理解计算机体系结构使我们能够立于技术变化的浪潮之中，处理新技术时会充满安全感、充满乐趣。当你读完本书时，将会掌握大量关于计算机工作原理的知识，能够很好地理解操作概念以及组成计算机的硬件和系统软件。你会明白计算机间以及数据和计算机间的交互。除此之外，你会学到很多专业术语，这在聚会和工作面试时能“炫耀”一下。
本书是面向各个层次的读者设计的，既适合本科生也适合研究生，内容针对信息系统和信息技术专业。尽管本书假定学生已经熟悉个人计算机，但并不要求具有明确的预备知识。本书也假定学生掌握（并非必须掌握）一定的编程技术，尽管书中并无程序设计。书里的程序代码有时会用作例子来澄清一些思想，程序设计的知识对于理解指令集设计和程序执行概念很有帮助。本书的内容遵照信息技术基础建设课程和核心概念标准，同ACM、AIS标准IS2010以及IT2008描述的一样。尽管作为系统设计和实现方案课程的教材时，本书的内容或许更有用，但在课程计划中本书可放置在任意位置。
大部分老师在一学期内讲不完本书。在组织上，本书允许老师根据经验和学生的需求，选择不同深度的重要模块来讲述。另一方面，我写本书的目的是，在正规课程完成很久以后，它也可以作为学生的参考书。专业人士可借此查阅一些基本概念，了解最新发展。
本书是我在本特利大学给本科生和研究生讲授30多年计算机信息系统课程的结晶。总的来说，学生对其内容和方法非常欢迎。很多学生毕业后返校时告诉我，他们的职业发展直接受益于本领域的知识。随着时间的推移，学生的评论对我不断改进本书也有很大的帮助。
熟悉以前版本的人会注意到，近年的版本进行了大幅修订，以反映当前的技术实践和趋势。特别是，不考虑将计算机连接在一起的网络而是一个部件一个部件地论述计算机，这种方法不再合适了。现在，计算机网络技术已完整包含在相应的章节里；同时，作为系统整体，本书进一步强调了计算机系统各部件的集成和协同工作。当然，基本的原理、组成、方法和早期版本中的内容还是大体一样的，这反映了基本原理不变的本质。
第5版的组织结构
作为本书的作者，对我来说最大的挑战是既要保持第1版建立的指导思想不变，又要反映出计算机使用方式、新技术快速部署的主要变化，以及反映这些变化的信息系统/信息技术教程的演变。本书对以前版本进行了重大更新，虽然这种更新是增量式的。这反映了作为重要计算设备的平板电脑和智能手机的使用量的快速增长。网络技术的内容有较大的变动，进行了重新组织。当然，以前版本的读者会发现很多内容是相似的，毕竟计算机体系结构的基本原理本质上保持很多年未变了，虽然在信息系统/信息技术中，但计算机的使用方式可能已经改变了。
本书分为五个部分，总共18章，外加四个放

---作者简介---
埃夫﹒恩格兰德（Irv Englander） 本特利大学荣休教授。他拥有麻省理工学院（MIT）计算机科学博士学位，从事计算机方面的研究已经超过50年，涉及逻辑电路、计算机控制系统、操作系统和应用软件等众多领域。
---译者简介---
朱利 西安交通大学软件学院副教授、博士生导师，现任教学科研副院长。主要研究方向包括高等计算机网络和高性能计算，以及软件度量和质量控制。

出版者的话
译者序
前言
第一部分　计算机系统概述
第1章　计算机和系统 3
1.0　引言 3
1.1　起点 6
1.2　计算机系统的组成 8
1.2.1　硬件组件 9
1.2.2　软件组件 11
1.2.3　通信组件 12
1.2.4　计算机系统 12
1.3　虚拟化的概念 14
1.4　协议和标准 14
1.5　本书概览 15
1.6　计算机体系结构简史 16
1.6.1　早期工作 17
1.6.2　计算机硬件 18
1.6.3　操作系统 20
1.6.4　通信、网络和互联网 24
小结与回顾 25
扩展阅读 25
复习题 26
习题 26
第2章　系统概念和系统架构简介 27
2.0　引言 27
2.1　系统的一般概念 27
2.2　IT系统的架构 32
2.2.1　分布式处理系统 34
2.2.2　系统架构师的作用 42
2.2.3　谷歌：系统架构实例 42
2.2.4另一个实例：Facebook的应用架构 45
小结与回顾 46
扩展阅读 47
复习题 47
习题 47
第二部分　计算机中的数据
第3章　数值系统 51
3.0　引言 51
3.1　作为物理表示的数值 51
3.2　不同进制的计数 52
3.3　不同进制下的算术运算 55
3.4　不同进制下的数值转换 57
3.5　十六进制数和算术 59
3.6　特殊转换情况—相关的进制 60
3.7　小数 61
3.8　混合数值转换 65
小结与回顾 65
扩展阅读 66
复习题 66
习题 67
第4章　数据格式 70
4.0　引言 70
4.1　概述 70
4.2　字母字符数据 72
4.3　可视数据 77
4.3.1　位图图像 78
4.3.2　对象图像 81
4.3.3　将字符表示为图像 83
4.3.4　视频图像 84
4.4　音频数据 85
4.5　数据压缩 87
4.6　页面描述语言 89
4.7　计算机内部的数据格式 89
小结与回顾 91
扩展阅读 92
复习题 92
习题 93
第5章　数值数据表示 96
5.0　引言 96
5.1无符号二进制数和二进制编码的十进制表示 96
5.2　有符号整型数的表示 99
5.2.1　符号-幅值表示法 99
5.2.2以9为基的十进制补码表示和以1为基的二进制补码表示 101
5.2.3　10的补码和2的补码 105
5.2.4　溢出条件和进位条件 107
5.2.5　其他进制 108
5.2.6　补码数值的规则小结 109
5.3　实数 109
5.3.1　指数记数法回顾 109
5.3.2　浮点数格式 111
5.3.3　规格化和浮点数的格式化 113
5.3.4　编程实例 114
5.3.5　浮点数计算 115
5.3.6　计算机中的浮点数 117
5.3.7　十进制和二进制之间的转换 119
5.4　编程注意事项 120
小结与回顾 120
扩展阅读 121
复习题 121
习题 122
第三部分　计算机体系结构和硬件操作
第6章　“小伙计”计算机 129
6.0　引言 129
6.1　“小伙计”计算机的结构 129
6.2　“小伙计”计算机的操作 130
6.3　一个简单的程序 132
6.4　一个扩展的指令集 133
6.5　指令周期 135
6.6　关于计算机体系结构的说明 138
小结与回顾 138
复习题 138
习题 139
第7章　CPU和内存 141
7.0　引言 141
7.1　CPU的组成 142
7.2　寄存器的概念 143
7.3　内存单元 145
7.3.1　内存的操作 145
7.3.2　内存容量和寻址限制 148
7.3.3　主存的特征和实现 149
7.4　“取-执行”指令周期 150
7.5　总线 153
7.6　指令类型 156
7.6.1数据移动指令 157
7.6.2　算术指令 159
7.6.3　布尔逻辑指令 159
7.6.4　单操作数操作指令 159
7.6.5　位操作指令 160
7.6.6　移位和循环移位指令 160
7.6.7　程序控制指令 161
7.6.8　栈指令 161
7.6.9　多数据指令 164
7.6.10　其他指令 164
7.7　指令字格式 165
7.8　指令字的需求和约束 166
小结与回顾 168
扩展阅读 169
复习题 169
习题 170
第8章CPU和内存：设计、增强和实现 172
8.0　引言 172
8.1　CPU的架构 173
8.1.1　概述 173
8.1.2　传统的现代架构 173
8.2　CPU的特征与增强 174
8.2.1　概述 174
8.2.2“取-执行”周期的时序问题 175
8.2.3　一种改进CPU性能的模型 176
8.2.4标量和超标量处理器的组成 179
8.3　内存增强 182
8.3.1　宽路径内存访问 183
8.3.2　内存交叉 183
8.3.3　Cache存储器 184
8.4　现代超标量CPU 187
8.5　多处理技术 189
8.6　关于实现的几点评述 191
小结与回顾 192
扩展阅读 192
复习题 193
习题 194
第9章　输入/输出 196
9.0　引言 196
9.1　典型I/O设备的特性 197
9.2　编程式I/O 201
9.3　中断 203
9.3.1　服务中断 203
9.3.2　中断的使用 204
9.3.3　多重中断和优先次序 208
9.4　直接内存访问 211
9.5　I/O控制器 214
小结与回顾 215
扩展阅读 215
复习题 216
习题 216
第10章　计算机外设 218
10.0　引言 218
10.1　存储的层次 219
10.2　固态存储器 220
10.3　磁盘 221
10.4　光盘存储 227
10.5　磁带 229
10.6　显示器 230
10.6.1　显示器的基本设计 230
10.6.2　图形处理单元 232
10.6.3　液晶显示技术 234
10.6.4　OLED显示技术 234
10.7　打印机 235
10.7.1　激光打印机 236
10.7.2　喷墨打印机 236
10.8　用户输入设备 237
10.8.1　键盘