本書針對沒有獨立開設模擬電路、數字電路、計算機組成原理、微機原理和匯編語言等偏硬件類課程的軟件工程、人工智能和物聯網工程等專業(yè)，根據專業(yè)課程建設及知識結構的要求，從計算機的視角，抽取模擬電路、數字電路、計算機組成原理、微機原理和匯編語言等課程中最基礎的知識進行梳理歸納，圍繞計算機這個對象，有機地形成一個體系，構成這些專業(yè)所必需的計算機硬件基礎，目標是使得軟件工程、人工智能和物聯網工程等專業(yè)的學生能夠基本理解軟件如何通過硬件起作用，軟件如何干預硬件，以充實學生的知識結構，滿足工程認證的基本要求，為學生軟件開發(fā)能力的培養(yǎng)提供硬件支撐�！　”緯鴥热莺�蓋概述、電子元器件基礎、放大電路基礎、數字電路基礎、組合邏輯電路、時序邏輯電路、指令系統與匯編語言基本語法、輸入輸出系統、存儲器、中央處理器等，同時給出了軟硬件協同模式的計算機硬件基礎實驗指導�！　”緯�可作為高等學校軟件工程、人工智能和物聯網工程等專業(yè)的教材或參考書，也可供工程開發(fā)人員參考。

在軟件定義硬件的時代，理解計算機底層運作機制已成為軟件工程、人工智能與物聯網工程等專業(yè)學生的核心能力需求�！队嬎銠C硬件基礎基于RISC-V架構》一書正是為解決這一痛點而生的創(chuàng)新教材，其特色體現在以下四個方面度：1. 跨學科知識重構本書突破傳統硬件課程分立式教學的局限，以"計算機視角"重構知識體系。通過提煉模擬電路、數字電路、計算機組成原理等課程的核心內容，將馮·諾依曼結構、三總線機制、指令執(zhí)行流程等抽象概念轉化為可觸摸的知識網絡，幫助非硬件專業(yè)學生建立"軟件如何干預硬件"的完整認知框架。2. RISC-V架構的工程實踐導向本書采用開源RISC-V指令集架構作為教學載體，結合CH573微控制器實驗套件，構建了從半導體器件到CPU設計的全鏈條實踐體系。書中GPIO構件、中斷系統、UART通信等案例，均源自真實工程場景，配合數字資源中的源程序與實驗指導，實現"理論-仿真-實操"的無縫銜接。3. 工程認證的精準對標嚴格遵循工程教育認證標準，突出知識結構的應用性。通過存儲器層次結構、指令流水線沖突處理、高速緩存替換算法等內容，強化學生對計算機系統性能優(yōu)化的理解；而ASCII碼、浮點數表示等基礎知識的嵌入，則夯實軟件開發(fā)所需的底層數據認知。4. 豐富配套資源本書附贈了精心設計的、與書中內容緊密結合的實驗套件，可用于完成附錄中的實驗。配套實驗套件突破傳統硬件實驗的場地限制，顯著降低學習門檻。本書提供了數字資源，內含軟硬件資料、實驗源程序等。數字資源中提供的教材專欄、微信社群等立體化支持，更構建了"書-課-賽"三位一體的教學生態(tài)。

沒有獨立開設模擬電路、數字電路、計算機組成原理、微機原理和匯編語言等偏硬件類課程的軟件工程專業(yè)，或沒有獨立開設此類課程的人工智能、物聯網工程等專業(yè)，計算機硬件基礎要不要上？如何上？這成為教學改革的焦點之一。關于要不要上這門課，不是本書討論的范疇，本書關注的是，在有限的課時內，如何篩選與組織內容上好這門課。從工程認證、知識結構等要求來看，計算機硬件基礎是軟件工程等專業(yè)學生的基礎之一，沒有計算機硬件，就不可能有軟件存在。顧名思義，軟件工程就是要用與做工程類似的方法做軟件，日益復雜的軟件難以開發(fā)與維護，因而產生的軟件危機使得人們意識到要像做工程一樣來做軟件。若完全沒有計算機硬件基礎，則難以理解軟件的基本運行過程，因此，計算機硬件基礎是軟件工程等專業(yè)學生的重要基礎之一。既然是基礎，則說明其重要性。接下來就是如何上的問題。因課時限制，不可能與計算機科學與技術專業(yè)一樣來設置模擬電路、數字電路、計算機組成原理、微機原理和匯編語言等獨立課程，但是這幾門課最基本的東西應該提煉出來形成軟件工程等專業(yè)的計算機硬件基礎，由此必須進行教材建設，本書就是在這樣的背景下形成的。它不是這幾門課程的簡單拼湊，而是基于軟件工程等專業(yè)的知識結構，根據工程認證的基本要求，提煉這幾門課程中最核心的基礎知識，進行梳理歸納和整合，形成一個有機的知識體系，構成軟件工程等專業(yè)所必需的計算機硬件基礎課程。課程目標是使得軟件工程等專業(yè)的學生在有限的課時內，能夠基本理解軟件如何通過硬件起作用，軟件如何干預硬件，以充實軟件工程等專業(yè)學生的知識結構，滿足工程認證的基本要求，為培養(yǎng)學生的軟件開發(fā)能力提供基本的硬件支撐。本書內容涵蓋概述、電子元器件基礎、放大電路基礎、數字電路基礎、組合邏輯電路、時序邏輯電路、指令系統與匯編語言基本語法、輸入輸出系統、存儲器、中央處理器等。若相關內容已經獨立開設課程，則可以在教學過程中靈活調整，不影響本書的整體性。計算機硬件基礎的教學離不開實驗，為了更好地進行計算機硬件基礎的教學，本書采用軟硬件協同模式，專門開發(fā)了可攜帶的計算機硬件基礎實驗套件。該套件以RISC-V架構CH573微控制器構建的GEC為核心，針對各個實驗設計了對應的軟硬件體系，使得計算機硬件基礎的實驗教學更加清晰簡捷、易于理解。本書可作為高等學校軟件工程、人工智能和物聯網工程等專業(yè)的教材或參考書。本書由王宜懷、劉曉升擔任主編，田宏偉、蔣建武、焦金濤任副主編，蘇州大學嵌入式人工智能與物聯網方向的研究生參與了書中實驗體系的設計，特此表示感謝。本書在講義階段經過兩次試用，逐步修改成稿，是軟件工程、人工智能和物聯網工程等專業(yè)計算機硬件基礎課程教學改革的一次嘗試，希望使用本書的老師和同學們提出寶貴意見和建議，以便修改提高。歡迎對學習和開發(fā)感興趣的老師和同學們與我探討交流（微信號：wyhwyh011），我和團隊愿在這個關鍵技術領域為大家的學習和進階助力。編者

王宜懷，男，博士，蘇州大學計算機科學與技術學院教授、博士生導師；蘇州大學嵌入式系統與物聯網研究所所長；蘇州大學-沁恒RISC-V協同創(chuàng)新中心主任，江蘇省計算機學會嵌入式系統與物聯網專業(yè)委員會主任。曾獲福建省八五期間電子信息應用先進個人、全國高等學校計算機教學成果獎一等獎、國家級一流本科課程、江蘇省高等教育教學成果一等獎、蘇州大學五四青年特別感謝獎、蘇州大學高尚師德獎、福建省南平市政協優(yōu)秀委員、江蘇省蘇州市政協優(yōu)秀委員等。致力于嵌入式系統、物聯網、嵌入式人工智能、嵌入式軟件工程等方向研究與教學工作，撰寫嵌入式技術基礎與實踐（1～6版）、窄帶物聯網NB-IoT應用開發(fā)共性技術、汽車電子S32K系列微控制器、嵌入式實時操作系統等著作十余部，獲得發(fā)明專利三十余項。

第1章概述11.1從計算機的出現到無處不在的微型計算機11.2計算機硬件支撐軟件運行31.3文字在計算機中的存儲方式字符編碼71.4計算機硬件基礎知識9習題10第2章電子元器件基礎112.1基本電子元器件112.2電路模型和電路定律182.3半導體基礎知識192.4二極管242.5晶體管302.6場效應晶體管342.7常用電子器件的原理與應用39習題43第3章放大電路基礎443.1常用傳感器簡介443.2基本放大電路463.3集成運算放大電路503.4微型計算機中的常用放大電路54習題58第4章數字電路基礎594.1數制及數制之間的轉換方法594.2計算機中信息的基本表示方式634.3邏輯代數基礎694.4邏輯函數的表示和化簡73習題81第5章組合邏輯電路835.1組合邏輯電路分析和設計方法835.2三態(tài)門、編碼器和譯碼器865.3數據選擇器、數據分配器和數值比較器91習題95第6章時序邏輯電路966.1觸發(fā)器的概念、特點和分類966.2基本RS觸發(fā)器976.3時鐘脈沖控制功能觸發(fā)器1006.4時序邏輯電路分析和設計方法1046.5常用的時序邏輯模塊108習題114第7章指令系統與匯編語言基本語法1167.1RISC-V架構概述1167.2寄存器和尋址方式1187.3RISC-V基本指令分類解析1247.4匯編語言的基本語法1277.5匯編語言工程舉例：控制小燈閃爍1317.6理解匯編工程中的GPI構件134習題138第8章輸入輸出系統1418.1中斷系統和定時器1418.2串行通信接口1488.3ADC模塊1558.4PWM模塊161習題166第9章存儲器1699.1存儲器概述1699.2RAM的存儲單元1729.2.3DRAM的存儲單元1749.3存儲器芯片的擴展1759.4高速緩沖存儲器1789.5虛擬存儲器1849.6Flash存儲器187習題189第10章中央處理器19410.1中央處理器概述19410.2運算器19710.3控制器20910.4硬布線控制器21410.5微程序控制器21810.6指令流水線工作原理224習題226附錄A計算機硬件基礎實驗指導229A.1AHL-CH573-EXP計算機硬件基礎實驗套件簡介229A.2共性操作232A.3實驗一二極管實驗236A.4實驗二放大電路實驗238A.5實驗三組合電路實驗241A.6實驗四時序電路實驗244A.7實驗五基于串行通信構件的匯編程序設計247A.8實驗六功能綜合實驗248附錄BAHL-CH573用戶手冊249B.1AHL-CH573簡介249B.2AHL-CH573的引腳250B.3AHL-CH573的基本操作251B.4 AHL-CH573的常見問題及解決辦法254參考文獻256