本書重點講述計算機繫統在運行過程中數據處理的基本原理,以適應大數據和人工智能等相關專業在規定課時的專業課程建設要求,使這些專業的本科生和研究生能快速地掌握與理解該課程的基本原理和理論方法,並具備較強的計算機繫統設計能力。本書對數據的表示、信息處理、組合邏輯、時序邏輯與存儲器基礎等基本硬件電路作了充分的介紹,並以此作為CPU各個基礎模塊、單周期CPU以及多周期CPU設計的基礎知識,著重介紹如何對CPU進行優化,以及如何設計流水線CPU,並依次實現多功能靜態流水線CPU和多功能動態流水線CPU。本書充分融合了理論與實踐,覆蓋了基本硬件電路、CPU各個基礎模塊、單周期CPU、多周期CPU和流水線CPU,以及多級存儲體繫的理論知識與設計方法。本書可作為高等院校大數據和人工智能等相關專業髙年級本科生、研究生的教材,也可供處理器芯片的開發人員、廣大科技工作者和研究人員參考。