本书重点讲述计算机系统在运行过程中数据处理的基本原理，以适应大数据和人工智能等相关专业在规定课时的专业课程建设要求，使这些专业的本科生和研究生能快速地掌握与理解该课程的基本原理和理论方法，并具备较强的计算机系统设计能力。 本书对数据的表示、信息处理、组合逻辑、时序逻辑与存储器基础等基本硬件电路作了充分的介绍，并以此作为CPU各个基础模块、单周期CPU以及多周期CPU设计的基础知识，着重介绍如何对CPU进行优化，以及如何设计流水线CPU，并依次实现多功能静态流水线CPU和多功能动态流水线CPU。 本书充分融合了理论与实践，覆盖了基本硬件电路、CPU各个基础模块、单周期CPU、多周期CPU和流水线CPU，以及多级存储体系的理论知识与设计方法。本书可作为高等院校大数据和人工智能等相关专业高年级本科生、研究生的教材，也可供处理器芯片的开发人员、广大科技工作者和研究人员参考。

前言
第1章 数据与信息
1.1 数据的表示与运算
1.2 数据的清洗与信息提取
本章小结
练习
第2章 逻辑门与运算
2.1 MOS基本概念
2.2 逻辑函数与基本逻辑门
2.3 布尔代数
2.4 逻辑电路优化
本章小结
练习
第3章 组合逻辑
3.1 组合逻辑分析
3.2 组合逻辑设计
3.3 组合逻辑电路的等价变换
3.4 数据选择器与分配器
3.5 译码器与编码器
3.6 数据比较器与加法器
3.7 奇偶校验器
本章小结
练习
第4章 时序逻辑电路
4.1 时序逻辑电路的概念
4.2 锁存器
4.3 触发器
4.4 寄存器与移位寄存器
4.5 计数器
4.6 时序逻辑分析
4.7 时序逻辑设计
本章小结
练习
第5章 存储器基础
5.1 存储器基本概念
5.2 SRAM存储器
5.3 DRAM存储器
5.4 ROM存储器
本章小结
练习
第6章 计算机系统组成
6.1 计算机硬件系统组成
6.2 计算机软件系统组成
6.3 计算机系统性能评价
6.4 计算机系统的层次结构
6.5 计算机CPU的组成与实现
6.6 指令集
本章小结
练习
第7章 单周期与多周期CPU
7.1 CPU的功能与组成
7.2 单周期CPU
7.3 多周期CPU
本章小结
练习
第8章 流水线CPU
8.1 流水线技术基本概念
8.2 流水线的性能分析指标
8.3 流水线的相关与冲突解决方法
8.4 流水线CPU的实现
8.5 多功能静态流水线与动态流水线CPU的设计实现
本章小结
练习
第9章 数据移动的多级存储体系
9.1 多级存储的层次结构
9.2 高速存储器Cache
9.3 降低Cache失效率的方法
9.4 减少Cache失效开销
9.5 主存储器
9.6 虚拟存储器与辅助存储器
本章小结
练习
参考文献