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前言 1

第一章计算机系统结构的基本概念 1

§1计算机系统层次结构 1

1.1软件与硬件 1

目录 1

1.2计算机系统的多级层次结构 2

§2计算机系统结构的定义 5

2.1计算机系统结构 5

2.2计算机组成与实现 7

2.2-1计算机组成 7

2.2-2微程序技术 8

2.2-3计算机实现 10

2.3计算机系统结构、组成与实现 10

3.1采用统一的高级语言 16

§3程序的可移植性要求对计算机系统设计的影响 16

3.2系列机概念 17

3.3模拟与仿真 22

§4计算机的分型与系统结构的关系 25

4.1计算机的分型 25

4.2系统结构与分型 27

§5应用对系统结构的影响 28

5.1多功能通用机概念 29

5.2吸收专用机系统结构的成果 30

§6器件的发展对计算机系统结构的影响 31

6.1器件发展的简要回顾 32

6.1-1器件性能价格比的指数上升 32

6.1-2非用户片、现场片与用户片 32

6.2器件的发展是推动系统结构和组成前进的重要因素 35

6.3器件的发展对逻辑设计方法的影响 37

§7计算机设计自动化 38

习题 43

主要参考文献 43

第二章指令与寻址 43

§1语义差距与软、硬件取舍 43

§2数据表示 44

2.1设计系统结构首先要确定数据表示 44

2.1-1数据结构与数据表示 44

2.1-2数据表示的确定 47

2.2浮点数基值的选择和下溢处理 49

2.2-1浮点数基值的选择 49

2.2-2浮点数的下溢处理 54

2.3-1自定义数据表示 56

2.3自定义数据表示与向量数据表示 56

2.3-2向量数据表示 60

§3寻址方式 61

3.1寻址方式分析 61

3.2逻辑地址与物理地址 63

§4指令系统 66

4.1指令格式的优化 66

4.1-1哈夫曼压缩概念 66

4.1-2操作码与指令字的优化表示 68

4.2 IBM370指令系统简介 73

4.3从指令串的替代来改进 77

4.4面向高级语言优化实现的改进 79

4.5面向操作系统实现的改进 86

1.1重迭解释方式 98

§1控制方式 98

主要参考文献 98

第三章控制方式 98

习题 98

1.2相关处理 100

1.2-1指令相关的处理 100

1.2-2主存空间数相关的处理 101

1.2-3通用寄存器组的相关处理 101

§2流水方式 104

2.1基本概念 104

2.1-1从重迭到流水 104

2.1-2流水结构的分类 105

2.2主要性能及分析 108

2.2-1吞吐率 108

2.2-2效率 110

2.2-3实例分析 111

2.3相关处理和控制机构 113

2.3-1局部性相关的处理 113

2.3-2全局性相关的处理 116

2.3-3流水机器的中断处理 119

2.4向量的流水处理 120

§3功能分布处理方式简述 124

习题 131

主要参考文献 131

第四章输入输出系统 131

§1引言 131

§2总结构线 132

2.1总线的类型 133

2.2总线的控制方法 135

2.3-1同步通讯 136

2.3总线的通讯技术 136

2.3-2异步通讯 137

2.4数据宽度与总线线数 138

2.4-1数据宽度 138

2.4-2总线的线数 139

§3中断系统 140

3.1中断的分类和分级 140

3.2中断系统的软硬功能分配 143

§4通道 145

4.1工作原理 145

4.2通道流量的分析 149

第五章存贮体系 155

1.1存贮技术：容量、速度与价格的矛盾 155

§1引言 155

主要参考文献 155

习题 155

1.2存贮体系原理 156

1.2-1存贮体系的形成与发展 156

1.2-2存贮体系的基本要求和性能参数 159

1.3并行主存系统模数m的分析 162

1.4程序的局部性与定位 165

§2地址的映象与变换 170

2.1全相联映象及其变换 171

2.2直接映象及其变换 172

2.3组相联映象及其变换 174

2.4段相联映象 176

2.5对标志表的分析 177

2.6散列概念在地址变换中的应用 177

§3替换算法及其实现 179

3.1替换算法的分析 180

3.2替换算法的实现 184

3.2-1使用位法 184

3.2-2堆栈法 185

3.2-3比较对法 186

§4虚拟存贮器 187

4.1虚拟存贮器原理 188

4.1-1虚地址到辅存实地址的变换 188

4.1-2多用户虚拟存贮器 189

4.1-3虚拟存贮器工作的全过程 190

4.1-4快表与慢表 192

4.2-1主存空间利用率 196

4.2影响虚拟存贮器某些指标的因素 196

4.2-2主存的命中率 197

§5高速缓冲存贮器（Cache） 200

5.1基本结构 200

5.2 Cache的透明性 203

5.3任务切换对失效率的影响 204

5.4多处理机系统的Cache结构 205

5.5影响“Cache—主存”层次性能的因素 206

5.6“Cache—主存—辅存”层次 208

§6主存保护与主存控制部件 209

6.1主存保护 209

6.2主存控制部件 212

§1基本概念 218

第六章可靠性技术 218

1.1故障的类别及产生的原因 218

主要参考文献 218

习题 218

1.2余技术 219

§2故障诊断 222

2.1故障定位测试法 222

2.1-1 D算法 224

2.1-2布尔差分法 229

2.2微诊断法 230

§3纠错码 232

3.1纠错码的基本原理 232

3.2线性码 235

3.3海明码及推广海明码 238

3.4循环冗余码在磁带机中的应用 241

§4可靠性模型和分析 246

4.1可靠性模型 246

4.2可靠性分析的例子 248

4.3冗余结构的可靠性分析 250

4.3-1备件替换冗余系统 250

4.3-2 N模冗余系统 251

4.3-3混合冗余结构 252

习题 257

主要参考文献 257

第七章多机系统 257

§1计算机系统结构中并行性的发展和多机系统类型 257

1.1计算机系统结构中并行性概念的发展 257

1.1-1并行性的广义理解 257

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 258

1.2多机系统的特性 260

1.2-1多机系统的耦合度 260

1.2-2多处理机的特性和优点 261

1.3-1按并行性等级分类 262

1.3多机系统的分类 262

1.3-2与其它分类法比较 263

§2并行处理机 264

2.1并行处理机的特点与组成 264

2.1-1并行处理机的工作原理和组成 264

2.1-2并行处理机的专用性特点 266

2.2阵列处理机的结构 266

2.2-1阵列处理机的系统框图 266

2.2-2处理单元阵列结构原理 267

2.2-3 阵列处理机的基本功能 267

2.2-4 DAP阵列处理机的结构特点 268

2.3阵列处理机的算法举例 269

2.3-1有限差分问题 269

2.3-2矩阵问题 270

2.3-3累加和 271

2.4并行处理机的近期发展 273

2.4-1阵列处理机的评价 273

2.4-2 MPP位平面阵列处理机 274

2.4-3 BSP科学处理机 275

2.5 SIMD计算机的互连网络 278

2.5-1互连网络问题的重要性 278

2.5-2单级互连网络 278

2.5-3循环互连网络和多级互连网络 281

§3多处理机 284

3.1多处理机与并行处理机的区别 285

3.2多处理机硬件系统结构 286

3.2-1总线结构 286

3.2-3多端口存贮器结构 288

3.2-2交叉开关结构 288

3.2-4开关枢纽结构 289

3.3程序并行性 290

3.3-1算术表达式的并行运算 290

3.3-2递归程序的并行性 292

3.3-3程序并行性的分析 295

3.4并行进程的控制和调度 296

3.4-1并行任务的派生与汇合 297

3.4-2同步与互斥 299

3.4-3资源分配和进程调度 301

第八章描述与评价 308

§1硬件描述语言 308

1.1什么是硬件描述语言 308

主要参考文献 308

习题 308

1.2计算机设计语言CDL 310

1.2-1 CDL描述符 310

1.2-2用 CDL描述一台计算机 314

1.2-3 用 CDL描述一台微程序计算机 318

1.2-4 CDL 语言在设计数字系统中的应用 322

1.2-5模拟测试 324

1.3交互式计算机图形语言 330

§2性能评价 336

2.1性能评价研究的重要性 336

2.2性能的描述 339

2.3评价对象与评价手段 340

2.4系统结构的评价 341

2.4-1评分法 342

2.4-2典型程序法 348