计算机系统结构PDF电子书下载

1.1　计算机系统的组成 1

2.2-1　运算器与运算方法 1

1.1-1　由软件和硬件组成 1

目录 1

第一章　计算机系统结构的基本概念§1　计算机系统与计算机系统结构 1

前言 1

1.1-2　计算机系统的多级层次结构 2

1.2　计算机系统结构的定义 6

1.2-1　从程序设计者看 6

1.2-2　从计算机设计者看 8

1.2-3　要结合起来全面看 8

1.2-4　器件、硬件、软件功能分配的演变 11

1.3　计算机的分型与结构的关系 12

1.3-1　按什么分型 13

1.3-2　系统结构与分型 15

§2　计算机系统结构发展的回顾 16

2.1　Von Neumann型机器的结构特点 16

2.2　计算机系统结构的某些进展 17

2.2-2　通道与I/O处理机 17

2.2-3　微程序 20

§3　软件与应用对系统结构的影响 22

3.1　程序的可移植性要求对结构的影响 23

3.1-1　采用统一的高级语言 23

3.1-2　系列机概念 24

3.1-3　模拟与仿真 30

3.2　应用对系统结构的影响 33

3.2-1　多功能通用机概念 34

3.2-2　吸收专用机系统结构的成果 35

§4　器件的发展对系统结构的影响 37

4.1　器件发展的简要回顾 37

4.1-1　器件性能价格比的指数上升 37

4.1-2　非用户片、现场片与用户片 38

4.2　器件的发展对逻辑设计方法的影响 41

4.3　器件的发展是推动系统结构前进的重要因素 42

1.1-1　数据结构与数据表示 46

1.1　设计系统结构首先要确定数据表示 46

主要参考文献 46

§1　数据表示 46

第二章　指令与编址 46

1.1-2　数据表示的确定 50

1.2　浮点数基值的选择和下溢处理 52

1.2-1　浮点数基值的选择 52

1.2-2　浮点数的下溢处理 57

1.3 自定义数据表示与向量数据表示 59

1.3-1 自定义数据表示 59

1.3-2　向量数据表示 64

§2　地址形成 66

2.1　逻辑地址空间与物理地址空间 66

2.2　有效地址形成举例 70

§3　指令系统 72

3.1　指令格式的优化 72

3.1-1　Huffman压缩概念 73

3.1-2　操作码与指令字的优化表示 75

3.2-1　IBM 370指令系统简介 81

3.2　指令系统的分析 81

3.2-2　指令系统的改进途径 85

3.2-3　指令系统的发展 95

§4　堆栈机器的结构特点 102

4.1　堆栈数据结构及其实现 102

4.2　算术表达式的求解 104

4.2-1　逆波兰表示式 104

4.2-2　堆栈机器的运算型指令和栈顶寄存器 105

4.3　程序的调用与链接 108

4.3-1　堆栈结构是实现程序调用的有效工具 108

4.3-2　程序调用指令和返回指令 110

4.4　堆栈型机器与通用寄存器机器的简单比较 112

主要参考文献 116

第三章　控制方式 116

§1　重迭方式 116

1.1　顺序解释方式 116

1.2　重迭解释方式 117

1.3　DJS-240机的相关处理 119

1.3-1　指令相关的处理 119

1.3-2　主存空间数相关的处理 119

1.3-3　通用寄存器组的相关处理 120

§2　流水方式 123

2.1　基本概念 123

2.1-1　从重迭到流水 123

2.1-2　流水结构的分类 124

2.2　主要性能及其分析 128

2.2-1　吞吐率 128

2.2-2　效率 129

2.2-3　实例分析 131

2.3　相关处理和控制机构 133

2.3-1　局部性相关的处理 133

2.3-2　全局性相关的处理 136

2.3-3　流水机器的中断处理 139

2.4　向量的流水处理 140

3.1　引言 144

§3　分布处理方式简述 144

3.2　智能终端简介 146

3.3　局部式分布处理系统结构简介 148

主要参考文献 152

第四章　输入输出系统 152

§1　输入输出系统的发展过程 152

§2　总线结构 156

2.1-1　专用总线 157

2.1　总线的类型 157

2.1-2　非专用总线 158

2.2　总线的控制方式 160

2.2-1　集中式总线控制 160

2.2-2　分布式总线控制 162

2.3　总线的通讯技术 164

2.3-1　同步通讯 164

2.3-2　异步通讯 164

2.4-1　数据宽度 166

2.4　数据宽度与总线线数 166

2.4-2　总线的线数 167

§3　中断系统 168

3.1　基本概念 168

3.2　中断的分类和分级 170

3.3　中断系统的软硬功能分配 174

§4　通道 176

4.1　基本概念 176

4.1-1　通道的分类 176

4.1-2　通道流量的分析 180

4.1-3　通道系统的功能 183

4.1-4　接口总线 184

4.2　通道结构及其操作过程 186

4.2-1　输入输出指令 186

4.2-2　通道指令和通道程序 189

4.2-3　输入输出中断 191

4.2-5　通道的工作过程举例 192

4.2-4　通道状态字 192

§5　外围处理机 197

5.1　基本概念 197

5.2 CDC-CYBER170外围处理机I/O 199

系统 199

5.2-1　概述 199

5.2-2　指令系统 199

5.2-3 CYBER 170外围处理机的特 200

点 200

5.3　通道结构I/O系统与外围处理机结构I/O系统的简单比较 203

主要参考文献 206

第五章　存贮体系 206

§1　引言 206

1.1　存贮技术：容量、速度与价格的矛盾 206

1.1-1　存贮器的基本要求 206

1.1-2　主存和辅存 207

1.1-3　价格问题 210

1.1-4　主存容量、速度与CPU速度的关系 212

1.2-1　存贮体系的形成与发展 214

1.2　存贮体系原理 214

1.2-2　存贮体系的基本要求和性能评价 218

1.3　并行主存系统 221

1.3-1　并行访问多字 221

1.3-2　m体并行交叉存取 222

1.3-3　模m的大小与转移概率λ及吞吐量的关系 224

1.3-4　多端存贮器 227

1.4　相联存贮器 227

§2　程序的局部性与定位 229

2.1　程序的局部性和工作区 229

2.2　程序的定位 231

2.3　分段与分页 232

2.3-1　段式 233

2.3-2　页式 235

2.3-3　段式和页式的比较 236

2.3-4　段页式 237

§3　地址的映象与变换 239

3.1　全相联映象及其变换 240

3.2　直接映象及其变换 242

3.3　组相联映象及其变换 243

3.4　段相联映象 246

3.5　对标志表的分析 246

3.6　散列（Hashing）概念在地址变换中的应用 247

§4　替换算法及其实现 249

4.1　替换算法的分析 249

4.1-1　几种替换算法 249

4.1-2　堆栈型替换算法的特点 252

4.2　替换算法的实现 254

4.2-1　使用位法 254

4.2-2　堆栈法 256

4.2-3　比较对法 257

§5　虚拟存贮器 259

5.1　虚拟存贮器原理 259

5.1-1　虚地址到辅存实地址的变换 259

5.1-2　多用户虚拟存贮器 260

5.1-3　虚拟存贮器工作的全过程 262

5.1-4　快表与慢表 264

5.2　影响虚拟存贮器某些指标的因素 268

5.2-1　主存空间利用率 269

5.2-2　主存的命中率 270

§6　Cache存贮器 272

6.1　基本结构 272

6.2　影响“Cache-主存”层次性能的因素 275

§7　主存保护与主存控制部件 278

7.1　主存保护 278

7.2　主存控制部件 281

主要参考文献 283

第六章　可靠性技术 283

§1　基本概念 283

1.1　故障的类别及产生的原因 283

1.2　冗余技术 285

2.1　故障定位测试法 289

§2　故障诊断 289

2.1-1　D算法 291

2.1-2　布尔差分法 294

2.2　微诊断法 295

§3　误差校正码 297

3.1　线性分组码 298

3.1-1　线性分组码及其生成矩阵 298

3.1-2　距离、重量和纠错能力 299

3.1-3　一致校验矩阵与伴随式 301

3.1-4　海明码与推广海明码 303

3.1　循环冗余码在磁带机中的应用 305

§4　可靠性模型和分析 309

4.1　可靠性模型 309

4.2　可靠性分析的例子 311

4.3　冗余结构的可靠性分析 314

4.3-1　备件替换冗余系统 314

4.3-2　N模冗余系统 315

4.3-3　混合冗余结构 316

§5　容错技术应用举例 318

主要参考文献 322

第七章　多机系统 322

§1　计算机系统结构中并行性的发展和多机系统类型 322

1.1　计算机系统结构中并行性概念的发展 322

1.1-1　并行性的广义理解 322

1.1-2　计算机系统结构向并行处理系统发展的途径和趋势 323

1.2　多机系统的特性 325

1.2-1　多机系统的耦合度 325

1.2-2　多处理机的特性和优点 326

1.3　多机系统的分类 327

1.3-1　按并行性等级分类 327

1.3-2　与其它分类法的比较 329

§2　并行处理机 330

2.1　并行处理机的特点与组成 330

2.1-1　并行处理机的工作原理和组成 330

2.1-2　并行处理机的专用性特点 331

2.2-1　ILLIACⅣ的结构原理 332

2.2　阵列处理机的结构 332

2.2-2　处理单元 333

2.2-3　控制部件 334

2.2-4　阵列存贮器 335

2.3　阵列处理机的算法举例 335

2.3-1　有限差分问题 336

2.3-2　矩阵问题 336

2.3-3　累加和 338

2.4　并行处理机的近期发展 339

2.4-2　MPP位平面阵列处理机 340

2.4-3　BSP科学处理机 342

2.5　SIMD计算机的互连网络 345

2.5-1　互连网络问题的重要性 345

2.5-2　单级互连网络 345

2.5-3　循环互连网络和多级互连网络 348

2.4-1　阵列处理机的评价 349

§3　多处理机 352

3.2　多处理机硬件系统结构 353

3.1　多处理机与并行处理机的区别 353

3.2-1 总线结构 354

3.2-2　交叉开关结构 356

3.2-3　多端口存贮器结构 357

3.2-4　开关枢纽结构 357

3.3　程序并行性 359

3.3-1　算术表达式的并行运算 359

3.3-2　递归程序的并行性 361

3.3-3　程序并行性的分析 364

3.4-1　并行任务的派生与汇合 366

3.4　并行进程的控制和调度 366

3.4-2　同步与互斥 369

3.4-3　资源分配和进程调度 371

主要考参文献 377

第八章　描述与评价 377

§1　硬件描述语言 377

1.1　什么是硬件描述语言 377

1.2-1　CDL描述符 379

1.2　计算机设计语言CDL 379

1.2-2　用CDL描述一台计算机 383

1.2-3　用CDL描述一台微程序计 388

算机 388

1.2-4　CDL语言在设计数字系统 392

中的应用 392

1.2-5　模拟测试 394

1.3　交互式计算机图形语言 399

§2　性能评价 407

2.1　前言 407

2.2　评价计算机系统的步骤 410

2.3　计算机系统的性能指标 411

2.4　评价研究的分类 414

2.5　评价技术简述 415

2.6　对系统结构的评价 416

2.6-1　评分法 416

2.6-2　典型程序法 422