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第1章 计算机系统结构导论 1

1.1计算机系统结构的基本概念 1

1.1.1计算机系统的层次结构 1

1.1.2计算机系统结构、组成与实现 3

1.1.3计算机系统结构的发展历程 7

1.1.4计算机系统结构的分类 14

1.2影响计算机系统结构的因素 16

1.2.1应用对计算机系统结构的影响 16

1.2.2算法对计算机系统结构发展的影响 17

1.2.3软件对计算机系统结构的影响 18

1.2.4器件对计算机系统结构发展的影响 20

1.3计算机系统性能分析与系统结构的评价标准 21

1.3.1计算机性能的分析与评价 21

1.3.2系统结构的评测标准 22

1.4定量分析技术基础 25

1.4.1大概率事件优先原则 25

1.4.2 Amdahl定律 26

1.4.3 CPU性能公式 27

1.4.4程序的局部性原理 30

1.5本章小结 30

习题1 31

第2章 现代计算机组成 33

2.1中央处理机 34

2.1.1 CPU的组成 34

2.1.2数据表示 35

2.1.3寻址方式概述 36

2.2存储系统 37

2.2.1存储系统概述 38

2.2.2存储系统的层次结构 39

2.2.3并行存储器 41

2.2.4程序访问的局部性 43

2.3输入输出系统 44

2.3.1输入系统 45

2.3.2输出系统 46

2.3.3通道处理机和I／O处理机 47

2.4总线 49

2.4.1总线系统概述 50

2.4.2总线基本工作原理 51

2.4.3设备的连接 52

2.4.4 CPU和I／O处理的匹配 52

2.5本章小结 53

习题2 54

第3章 数据表示与指令系统设计 55

3.1数据表示 55

3.1.1数据表示与数据结构 55

3.1.2定点数据表示 56

3.1.3浮点数据表示 57

3.1.4自定义数据表示 61

3.2寻址技术 65

3.2.1编址方式 65

3.2.2常用寻址方式 65

3.2.3寻址技术在指令中的指明 68

3.2.4定位方式 68

3.3指令格式的优化设计 68

3.3.1指令格式的组成 69

3.3.2操作码的优化 69

3.3.3地址码优化设计 73

3.3.4指令格式优化设计方法 75

3.3.5 DLX指令格式设计 76

3.4指令系统的功能设计 78

3.4.1指令系统的发展 78

3.4.2复杂指令系统 79

3.4.3精简指令系统 82

3.5本章小结 85

习题3 85

第4章 存储系统 87

4.1存储系统的技术指标 87

4.1.1存储系统的基本要求 87

4.1.2存储系统的性能指标 88

4.2虚拟存储器 89

4.2.1虚拟存储器的原理 89

4.2.2虚拟存储器的管理方式 91

4.2.3加快地址变换的方法 97

4.2.4页面替换算法 101

4.2.5堆栈型替换算法 104

4.2.6虚拟存储器的性能分析 106

4.3高速缓冲存储器 109

4.3.1基本结构和工作原理 110

4.3.2地址映像及变换方式 111

4.3.3替换算法 119

4.3.4 Cache性能分析 123

4.3.5提高Cache性能的方法 127

4.4 Cache—主存—辅存三级存储系统 128

4.4.1三级存储系统的组织方式 128

4.4.2虚拟地址Cache 130

4.5存储系统实例 131

4.5.1主存保护 131

4.5.2主存保护实例 134

4.6本章小结 134

习题4 135

第5章 输入输出系统 139

5.1输入输出工作原理 139

5.1.1输入输出系统的特点 139

5.1.2输入输出系统的组织方式 140

5.1.3基本输入输出方式 141

5.2总线系统 145

5.2.1总线的分类 145

5.2.2总线结构的特点 147

5.2.3总线仲裁 148

5.2.4总线的控制方式 148

5.2.5总线的通信方式 150

5.2.6总线标准及发展 152

5.2.7总线的指标 154

5.3中断系统 155

5.3.1中断源 155

5.3.2中断优先级 156

5.3.3中断处理过程 157

5.3.4中断系统的软硬功能分配 159

5.3.5中断屏蔽 161

5.4通道处理机 163

5.4.1通道的工作过程 164

5.4.2通道的种类及相应的数据宽度、数据传送过程 166

5.4.3通道的流量分析 169

5.5输入输出处理机 171

5.5.1输入输出处理机的特点 172

5.5.2输入输出处理机的种类 172

5.6本章小结 173

习题5 173

第6章 流水线技术 178

6.1指令重叠与先行控制 178

6.1.1重叠方式 178

6.1.2先行控制方式的结构 180

6.1.3先行控制方式的原理 182

6.2流水线处理机 183

6.2.1流水线工作原理 183

6.2.2流水线的分类 185

6.2.3流水线的性能分析 186

6.3标量流水线处理机中的相关 195

6.3.1资源相关 195

6.3.2数据相关 196

6.3.3控制相关 200

6.4非线性流水线的调度技术 207

6.4.1非线性流水线的表示 207

6.4.2非线性流水线的调度 209

6.5多指令流水线技术 212

6.5.1超标量处理机 212

6.5.2超流水线处理机 215

6.5.3超标量超流水线处理机 216

6.5.4超长指令字（VLIW）处理机 216

6.6向量处理机 218

6.6.1向量处理方式 218

6.6.2向量处理机结构 219

6.6.3向量计算机实例分析 222

6.7本章小结 226

习题6 227

第7章 并行处理机技术 231

7.1互连网络 231

7.1.1互连函数 231

7.1.2互连网络的性能和特征 234

7.1.3静态互连网络 235

7.1.4动态互连网络 238

7.2 SIMD计算机 244

7.2.1 SIMD计算机模型与特点 244

7.2.2 SIMD计算机结构 245

7.2.3 SIMD计算机实例 247

7.2.4 SIMD处理机的算法举例 253

7.3 MIMD计算机 256

7.3.1 MIMD计算机结构 256

7.3.2 MIMD计算机的特点 257

7.3.3多处理机的Cache一致性 259

7.4本章小结 266

习题7 267

第8章 计算机系统结构进展 269

8.1计算机系统结构新发展概述 269

8.1.1片上系统 270

8.1.2网格化的高性能计算机系统结构 274

8.2新一代处理器体系结构 280

8.2.1多核处理器技术 281

8.2.2同构多核处理器架构 284

8.2.3异构多核处理器 290

8.2.4新一代处理器体系结构的研究趋势 294

8.3几种专用的计算机系统结构介绍 299

8.3.1脉动阵列机 300

8.3.2数据流计算机 305

8.3.3归约机 315

8.3.4人工智能计算机 320

8.4本章小结 333

习题8 334

参考文献 335