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第1章 计算机系统结构设计基础1

1.1计算机系统结构的含义和分类1

计算机系统结构含义2

计算机系统结构分类5

1.2计算机系统设计准则9

计算机系统设计的定量原理9

计算机系统设计者的主要任务11

1.3计算机系统结构的发展12

计算机系统结构的演变12

软件、应用需求和器件对系统结构发展的影响16

本章小结23

习题23

第2章 计算机的性能及其评估标准25

2.1引言25

2.2计算机性能和性价比25

衡量计算机性能的主要标准25

衡量CPU性能的公式26

MIPS和MFLOPS27

2.3计算机性能的评估标准28

评估计算机性能的基准测试程序28

性能评价结果的统计和比较30

2.4计算机成本和价格33

本章小结34

习题35

第3章 数据类型和数据表示38

3.1数据类型38

基本数据类型38

结构数据类型39

3.2数据表示40

数据表示、数据类型和数据结构的关系40

二进制定点、浮点数据表示40

数据表示实例43

向量数据表示43

自定义数据表示45

本章小结48

习题49

第4章 指令系统设计原理和风格50

4.1引言50

4.2指令系统集结构的分类51

堆栈型、累加器型和通用寄存器型指令集结构51

通用寄存器型中的进一步分类53

4.3操作数访问（寻址）方式54

按地址访问方式54

按内容访问方式60

4.4指令格式及其优化62

4.5两种不同的指令系统设计风格——CISC和RISC66

CISC设计风格67

RISC设计风格69

4.6 RISC机指令系统实例和分析77

美国加州大学伯克利分校的RISC机和SUN SPARC系统结构77

美国斯坦福大学的MIPS机和MIPS R300080

新一代RISC机的主要特征和发展趋向81

4.7指令系统对多媒体操作的支持83

多媒体处理的需求83

多媒体扩展指令集84

4.8指令系统集设计的演变和发展趋向85

本章小结86

习题86

第5章 标量流水技术88

5.1控制流及其改变88

5.2标量流水工作原理89

重叠操作方式和先行控制89

标量流水工作原理92

标量流水分类94

流水线的主要性能及其分析96

流水线性能分析举例98

5.3流水操作中的主要障碍99

资源冲突（结构冲突）100

数据相关冲突101

控制转移冲突104

流水线中的中断处理107

5.4先进的流水技术108

先进的流水调度方法——动态调度108

流水中指令级并行性进一步开发114

5.5多线程处理技术134

多线程技术134

多线程处理器的计算模型及现场切换策略135

多线程实现的两种主要方法136

本章小结141

习题141

第6章 向量流水处理144

6.1向量流水机的基本系统结构144

向量流水处理的主要特点144

向量机的基本系统结构145

向量启动时间和启动率147

6.2向量操作长度控制和向量访问步长147

6.3向量处理方法149

6.4增强向量处理性能方法151

多功能部件的并行操作151

链接技术152

条件执行语句和稀疏矩阵的加速处理方法153

向量归约操作的加速方法155

6.5向量处理性能评估参数和方法156

6.6并行向量处理技术158

6.7向量化编译技术160

本章小结161

习题161

第7章 存储体系164

7.1存储体系构成的基本原理164

局部性原理165

层次化原理165

存储体系设计原则166

7.2高速缓冲存储器167

Cache的基本工作原理和结构167

地址映射与变换169

替换策略及更新主存策略173

数据Cache、指令Cache及一体化Cache178

Cache性能分析178

7.3主存储器及带宽拓宽方法180

提高主存性能方法180

多体交叉存储器181

存储器带宽的拓宽方法182

7.4虚拟存储器的基本概念及实例182

虚拟存储器管理方式183

快速地址转换技术188

虚拟存储的保护机制189

7.5网络存储的基本概念193

存储区域网的基本原理193

存储区域网的构成194

存储区域网的应用195

本章小结196

习题197

第8章 输入／输出子系统200

8.1引言200

8.2 I／O子系统的主要特征201

8.3 I／O部件类型202

磁盘202

光盘206

闪存206

图形显示设备207

8.4总线208

总线分类208

总线控制方式209

总线标准214

8.5中断系统221

中断分类和优先等级221

中断处理系统221

8.6输入／输出通道222

8.7 I／O处理机225

8.8 I／O子系统性能衡量226

8.9 I／O子系统的设计227

8.10并行I／O227

并行I／O基本原理227

并行文件系统实例229

本章小结230

习题230

第9章 并行计算技术232

9.1并行计算技术的发展及系统的分类232

并行性基本概念232

并行性的开发策略233

并行计算机系统的分类234

并行计算机系统的加速比235

9.2 SIMD并行计算机（阵列处理机）236

阵列机的基本结构236

阵列机的主要特点238

阵列机的并行算法238

典型SIMD计算机举例240

9.3计算机互连网络242

互连网络的分类及设计准则242

静态互连网络244

基于总线的动态互连网络249

基于交换的动态互连网络252

计算机动态互连网络的带宽分析263

9.4 MIMD多处理机及多计算机系统264

MIMD多机系统主要特征及其分类264

多处理机系统中的Cache一致性273

多处理机间的互连方式281

并行存储器无冲突访问290

多处理机系统中并行性的开发291

多处理机操作系统309

多处理机调度策略310

9.5机群313

机群的组成结构和主要属性314

机群中常用的互连网络315

机群实例320

9.6网络计算322

计算机网络基础323

客户／服务器系统325

网格计算327

9.7并行机的发展瞻望328

并行机发展的现状328

并行机发展的趋势329

本章小结330

习题332

第10章 新型计算机系统结构335

10.1计算模型分类335

10.2多核处理器计算机337

多核处理器的基本工作原理338

多核处理器的原型系统及产品339

多核处理器系统的软件技术341

10.3数据流计算机345

数据流计算机的基本工作原理345

数据流程序图和数据流语言346

数据流机的基本结构349

10.4归约机353

函数式程序设计语言353

面向函数式语言的归约机355

本章小结358

习题359

参考文献361