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目录1

前言1

第一章　计算机系统结构的设计基础1

1.1 计算机系统结构的基本概念2

1.1.1 计算机系统的层次结构2

1.1.2　计算机系统结构3

1.1.3　计算机组成与实现5

1.1.4　计算机系统结构的分类6

1.2.1　计算机系统设计原理9

1.2　计算机系统设计技术9

1.2.2　计算机系统设计的方法11

1.3　计算机系统的性能评价13

1.3.1　CPU性能14

1.3.2　MIPS和MFLOPS15

1.3.3　基准测试程序16

1.3.4　性能评价结果的统计和比较17

1.3.5　Intel微处理器性能评价19

1.4　计算机系统结构的发展24

1.4.1　计算机系统结构的演变24

1.4.2　软件、应用和器件对系统结构发展的影响26

习题34

第二章　数据表示与指令系统38

2.1 浮点数据表示和IEEE754标准38

2.1.1　数据表示、数据类型、数据结构的关系38

2.1.2　浮点数据表示40

2.1.3　IEEE754标准浮点数表示47

2.2　高级数据表示49

2.2.1　自定义数据表示50

2.2.2　向量数据表示54

2.2.3　堆栈数据表示56

2.3 寻址方式与指令格式的优化设计58

2.3.1 寻址方式58

2.3.2　程序定位技术64

2.3.3　指令格式的优化与设计66

2.4　指令系统设计的两种风格72

2.4.1　指令系统的功能设计72

2.4.2　复杂指令系统计算机（CISC）设计风格74

2.4.3　精简指令系统计算机（RISC）设计风格80

2.4.4　CISC机和RISC机的比较90

2.5.1　DLX指令集结构92

2.5 DLX指令集结构92

2.5.2　DLX指令集结构效能分析99

习题100

第三章　输入输出系统104

3.1 输入输出系统原理104

3.1.1 输入输出系统的特点105

3.1.2　输入输出系统的基本方式107

3.2　总线设计108

3.2.1　总线的类型109

3.2.2　总线的控制方式112

3.2.3　总线通信技术116

3.2.4　总线设计119

3.2.5　Pentium微处理器的总线系统121

3.2.6　Pentium系列微计算机系统的输入输出总线（USB和IEEE 1394）123

3.3 中断系统128

3.3.1 中断系统的分类与分级128

3.3.2　中断系统软、硬件功能分配132

3.3.3 中断响应与中断屏蔽135

3.3.4　Pentium系列微计算机的中断系统138

3.3.5　APIC技术简介142

3.4.1　通道的功能153

3.4　通道处理机153

3.4.2　通道的工作原理156

3.4.3　通道的类型158

3.4.4　通道流量分析161

3.5 外围处理机164

3.5.1　外围处理机的功能165

3.5.2　外围处理机的特点166

3.5.3　外围处理机的分类168

习题169

4.1.1　存储系统的意义173

4.1　存储系统的原理173

第四章　存储系统173

4.1.2　存储系统的性能指标174

4.1.3 “Cache-主存”和“主存-辅存”层次176

4.1.4　主存频宽的平衡与提高178

4.2　虚拟存储器185

4.2.1　虚拟存储器的管理方式185

4.2.2　页式虚拟存储器的构成192

4.2.3　加快页式虚拟存储器地址变换的方法201

4.2.4　提高主存命中率的方法206

4.2.5　虚拟存储器的保护技术209

4.2.6　Pentium微处理器的虚拟存储器210

4.3 高速缓冲存储器（Cache）216

4.3.1　Cache工作原理217

4.3.2　地址映像与地址变换218

4.3.3　Cache替换算法及其实现222

4.3.4　Cache一致性与写策略227

4.3.5　Cache性能分析232

4.3.6　Pentium PC的Cache249

习题254

5.1.1　指令的重叠解释方式260

5.1　标量流水工作原理260

第五章　流水技术与向量处理260

5.1.2　先行控制技术263

5.1.3　标量流水工作原理264

5.1.4　标量流水线的分类266

5.1.5　标量流水线性能分析269

5.2　标量流水中的障碍及控制274

5.2.1　局部性相关及处理275

5.2.2　全局性相关及处理278

5.2.3　流水线的中断及处理282

5.3.1　非线性流水线的静态调度技术283

5.3　流水线的调度技术283

5.3.2　流水线的动态调度技术285

5.4　先进的流水技术290

5.4.1　超标量流水线技术290

5.4.2　超流水线技术296

5.4.3　超标量超流水线技术298

5.4.4　超长指令字（VLIW）技术299

5.5　Pentium微处理器中的流水技术301

5.5.1　Pentium微处理器的超标量流水线301

5.5.2　Pentium微处理器U，V流水线指令配对305

5.5.3　Pentium微处理器中的BTB307

5.5.4　PentiumⅡ/Ⅲ微处理器中动态执行技术309

5.6　向量流水技术314

5.6.1　向量流水的基本概念315

5.6.2　CRAY-1型向量流水处理机317

5.6.3　增强向量处理性能的方法319

习题324

第六章　并行处理技术330

6.1 并行处理技术的基本概念330

6.2.1　阵列机的基本结构331

6.2　SIMD并行计算机（阵列处理机）331

6.2.2　阵列机的主要特点333

6.2.3　典型SIMD计算机举例334

6.3 SIMD并行计算机算法340

6.3.1　矩阵加341

6.3.2　矩阵乘342

6.3.3　累加和344

6.4　SIMD计算机的互连网络346

6.4.1　互连网络的设计目标346

6.4.2　互连函数347

6.4.3　互连网络的分类和结构参数351

6.4.4　静态互连网络354

6.4.5　动态互连网络358

6.5 多处理机371

6.5.1　多处理机的特点371

6.5.2　多处理机的分类372

6.5.3　多处理机间的互连方式375

6.5.4　多处理机系统中并行性开发380

6.5.5　多处理机操作系统388

6.5.6　多处理机的调度策略390

习题393

7.1　脉动阵列计算机397

第七章　新型计算机结构397

7.2　数据流计算机398

7.2.1　数据流计算机的基本工作原理399

7.2.2　数据流程序图和数据流语言399

7.2.3　数据流计算机的基本结构403

7.2.4　数据流计算机存在的主要问题407

7.3　归约机407

7.3.1　函数式程序设计语言407

7.3.3　面向函数式语言的归约机408

7.3.2　归约机的结构特点408

7.4　人工智能计算机409

7.4.1　人工智能计算特征410

7.4.2　AI计算机的分类和设计方法411

7.4.3　PROLOG推理机412

7.4.4　AI计算机的研究进展412

7.4.5　RWC研究计划413

习题415

主要参考文献417