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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 3

1.1.2 计算机系统结构与组成及实现 5

1.1.3 计算机系统的特性 7

1.2 计算机系统结构中并行性的发展 11

1.2.1 冯·诺依曼型计算机的特点与问题 11

7.2.1 数据流程序图 13

1.2.2 并行性的发展 13

1.2.3 计算机系统结构的分类 21

1.3 系统结构的评价标准 25

1.3.1 CPU性能 26

1.3.2 加速比 27

1.3.3 系统结构的性能评价标准与成本 28

1.4 指令格式的优化设计 31

1.4.1 操作码的优化表示 32

1.4.2 地址码的优化表示 37

1.5 精简指令系统计算机 42

1.5.1 RISC的发展与特点 42

1.5.2 RISC的关键技术 48

习题一 52

第2章 流水线技术与向量处理技术 58

2.1 指令重叠与先行控制 58

2.1.2 先行控制方式的结构 59

2.1.1 指令的重叠执行 59

2.2 流水线技术 62

2.2.1 流水线工作原理与分类 62

2.2.2 线性流水线的性能 67

2.2.3 非线性流水线的调度 73

2.2.4 流水线的相关处理 80

2.3 超标量流水线与超流水线 86

2.3.1 超标量流水线与超标量处理机 86

2.3.2 超流水线与超流水线处理机 90

2.3.3 超标量超流水线处理机 92

2.4.1 VLIW方式的基本工作原理 95

2.4 超长指令字处理机 95

2.4.2 VLIW方式的特征 97

2.5 向量处理技术与向量处理机 98

2.5.1 向量处理和向量指令 98

2.5.2 向量处理机的结构 104

2.5.3 向量协处理器 107

2.5.4 向量处理机的性能 109

习题二 113

第3章 存储系统 118

3.1 存储系统及其性能指标 118

3.1.1 存储系统的层次结构 118

3.1.2 存储系统的性能指标 120

3.2 并行存储器 121

3.2.1 单体多字并行存储器 122

3.2.2 交叉访问存储器 122

3.2.3 无访问冲突存储器 124

3.3 虚拟存储器 127

3.3.1 虚拟存储器的地址映象与地址变换 127

3.3.2 页面替换算法 136

3.3.3 堆栈型替换算法 140

3.4 高速缓冲存储器 141

3.4.1 Cache的工作原理 142

3.4.2 Cache的地址映象与地址变换 143

3.4.3 Cache的替换算法及其实现 149

3.4.4 Cache的性能分析 152

3.5 三级存储系统 154

习题三 156

第4章 互连网络 160

4.1 互连网络的基本概念 160

4.1.1 互连网络的作用 160

4.1.2 互连函数 161

4.1.3 互连网络特性和传输性能参数 167

4.1.4 互连网络的分类 169

4.2.1 表态互连网络结构 171

4.2 表态互连网络 171

4.2.2 表态互连网络特性 176

4.3 动态互连网络 177

4.3.1 动态互连网络的互连形式 177

4.3.2 多级互连网络 181

4.4 互连网络的消息传递机制 195

4.4.1 消息寻径方式 195

4.4.2 死锁和虚拟通道 198

4.4.3 流控制策略 200

4.4.4 选播和广播寻径 204

习题四 205

第5章 单指令流多数据流计算机 209

5.1 SIMD计算机的基本结构 209

5.1.1 分布式存储器SIMD结构 210

5.1.2 共享存储器SIMD结构 211

5.1.3 SIMD计算机的特点 212

5.2 几种典型的SIMD计算机 213

5.2.1 IlliacⅣ阵列处理机 213

5.2.2 BSP计算机 219

5.2.3 CM-2计算机 224

5.2.4 MasPar MP-1系统 227

5.3 SIMD计算机的应用 231

5.3.1 连续模型及差分计算 231

5.3.2 阵列处理机的算法 233

习题五 238

第6章 多处理机系统 240

6.1 多处理机系统的基本结构与特点 240

6.1.1 多处理机系统的基本结构 240

6.1.2 多处理机系统的特点 241

6.2 多处理机的Cache一致性 243

6.2.1 Cache一致性问题的原因 243

6.2.2 监听协议 246

6.2.3 基于目录的协议 251

6.3 典型的多处理机系统 256

6.3.1 CM-5系统 256

6.3.2 SGI Origin2000系列服务器 260

6.4 机群系统 269

6.4.1 机群系统的特点和关键技术 269

6.4.2 机群系统的通信技术 277

6.4.3 并行程序设计环境 283

6.5 多处理机系统性能 288

6.5.1 性能指标及计算模型 289

6.5.2 任务粒度对性能的影响 295

6.5.3 异构多处理机的负载平衡与任务调度 300

习题六 306

7.1 数据驱动原理 309

第7章 数据流计算机 309

7.1.1 数据流计算机的指令结构 310

7.1.2 数据流计算机的指令执行过程 311

7.2 数据流程序图和数据流语言 312

7.2.2 数据流语言及特点 318

7.3 数据流计算机结构 321

7.3.1 数据流计算机结构模型 321

7.3.2 静态数据流计算机 323

7.3.3 动态数据流计算机 327

7.4 数据流计算机的性能评价 331

7.4.1 数据流计算机的优点 331

7.4.2 数据流计算机的主要问题 332

7.4.3 数据流计算机的发展趋势 334

习题七 336

主要参考文献 339