计算机系统结构PDF电子书下载

1.1 计算机系统的多级层次结构 1

1.2 计算机系统结构、组成与实现 3

1.2.1 结构、组成与实现 3

1.2.2 计算机系统结构、组成和实现三者的相互影响 7

1.3 软硬取舍与计算机系统的设计思路 9

1.3.1 软硬取舍的基本原则 9

1.3.2 计算机系统的设计思路 11

1.4 软件、应用、器件对系统结构的影响 12

1.4.1 系统结构设计中必须解决好软件的可移植性 13

1.统一高级语言 13

2.采用系列机思想 14

3.模拟与仿真 16

1.4.2 应用对系统结构的影响 18

1.4.3 器件发展对系统结构的影响 22

1.5 系统结构中的并行性发展及计算机系统的分类 24

1.5.1 并行性概念 24

1.并行性的含义与并行性级别 24

2.并行性开发的途径 26

1.5.2 计算机系统的并行性发展 27

1.1960年以前 27

2.1960年至1970年 28

3.1970年至1980年 28

4.1980年至1990年 30

5.1990年以来 31

1.5.3 并行处理系统的结构与多机系统的耦合度 32

1.并行处理计算机的结构 32

2.多机系统的耦合度 33

1.5.4 计算机系统的分类 34

习题 37

2.1 数据表示 40

2.1.1 数据表示与数据结构 40

2.1.2 高级数据表示 42

1.自定义数据表示 42

2.向量数组数据表示 46

3.堆栈数据表示 47

2.1.3 引入数据表示的原则 48

2.1.4 浮点数尾数基值大小和下溢处理方法的选择 50

1.浮点数尾数基值的选择 50

2.浮点数尾数的下溢处理方法 55

2.2 寻址方式 57

2.2.1 寻址方式分析 57

2.2.2 逻辑地址与主存物理地址 59

2.3 指令系统的设计和改进 62

2.3.1 指令格式的优化 62

1.操作码的优化表示 62

2.指令字格式的优化 65

2.3.2 按增强指令功能的方向发展与改进指令系统 68

1.面向目标程序的优化实现来改进 69

2.面向高级语言的优化实现来改进 72

3.面向操作系统的优化实现来改进 76

2.3.3 按简化指令功能的方向发展与改进指令系统 80

1.精简指令系统思想的提出 80

2.RISC结构采用的基本技术 82

3.RISC技术的发展 86

习题 91

3.1 输入输出系统概述 94

3.2.1 总线的类型 96

3.2 总线设计 96

3.2.2 总线的控制方式 97

3.2.3 总线的通信技术 99

1.同步通信 99

2.异步通信 99

3.2.4 数据宽度与总线线数 101

1.数据宽度 101

2.总线的线数 102

3.3 中断系统 103

3.3.1 中断的分类和分级 103

3.3.2 中断系统的软硬件功能分配 108

3.4 通道处理机 109

3.4.1 工作原理 109

3.4.2 通道流量的分析 112

3.5 外围处理机 114

习题 117

4.1 存贮体系的形成与性能 119

4.1.1 发展存贮体系的必要性 119

4.1.2 并行主存系统频宽的分析 120

4.1.3 存贮体系的形成与分支 124

4.1.4 存贮体系的性能参数 126

4.2 虚拟存贮器 127

4.2.1 不同的虚拟存贮管理方式 127

1.段式管理 128

2.页式管理 131

3.段页式管理 132

4.2.2 页式虚拟存贮器构成 134

1.地址的映象和变换 134

2.替换算法 137

3.虚拟存贮器工作的全过程 143

1.页面失效的处理 144

4.2.3 页式虚拟存贮器实现中的问题 144

2.提高虚拟存贮器等效访问速度的措施 145

3.影响主存命中率和CPU效率的某些因素 150

4.3 高速缓冲存贮器(Cache) 151

4.3.1 基本结构 152

4.3.2 地址的映象与变换 154

1.全相联映象和变换 154

2.直接映象及其变换 155

3.组相联映象及其变换 156

4.段相联映象 160

4.3.3 替换算法的实现 160

1.堆栈法 161

2.比较对法 162

1.Cache的透明性分析 164

4.3.4 Cache的透明性及性能分析 164

2.Cache的取算法 166

3.任务切换对失效率的影响 167

4.影响Cache存贮器性能的因素 168

4.3.5 Cache-主存-辅存 存贮层次 170

4.4 主存保护 171

习题 174

5.1 重叠解释方式 178

5.1.1 基本思想和一次重叠 178

5.1.2 相关处理 181

1.指令相关的处理 181

2.主存空间数相关的处理 182

3.通用寄存器组相关的处理 183

1.流水是重叠的引申 187

5.2 流水方式 187

5.2.1 基本概念 187

2.流水线的分类 188

5.2.2 流水线处理机的主要性能 192

1.吞吐率 192

2.效率 195

3.流水线工作举例 196

5.2.3 流水机器的相关处理和控制机构 197

1.局部性相关的处理 198

2.全局性相关的处理 202

3.流水机器的中断处理 204

4.流水线调度 204

5.3 向量的流水处理与向量流水处理机 208

5.3.1 向量的流水处理 208

2.向量流水处理机的结构 210

5.3.2 向量流水处理机 210

1.向量处理机的指令系统 210

3.超级向量流水处理机举例 216

5.4 指令级高度并行的超级处理机 217

5.4.1 超标量处理机 217

5.4.2 超长指令字处理机 219

5.4.3 超流水线处理机 220

习题 221

6.1 并行处理机原理 226

6.1.1 并行处理机的构形与特点 226

1.并行处理机的基本构形 226

2.并行处理机的特点 228

6.1.2 并行处理机的算法 228

2.阵列处理机的算法举例 229

1.ILLIACⅣ的处理单元阵列结构 229

1.互连网络的设计目标及互连函数 234

6.1.3 SIMD计算机的互连网络 234

2.基本的单级互连网络 235

3.多级互连网络 238

4.全排列网络 243

6.1.4 并行存贮器的无冲突访问 243

6.2 并行处理机举例 246

6.2.1 ILLIACⅣ阵列处理机 246

6.2.2 BSP科学处理机 248

6.2.3 MPP位平面阵列处理机 250

6.2.4 CM连接机 252

6.3.1 相联处理机和相联存贮器的组成 253

1.相联处理机的特点和组成 253

6.3 相联处理机 253

2.相联存贮器的组成及相联处理机的结构类型 254

6.3.2 相联检索算法 256

6.3.3 相联处理机结构举例 258

1.PEPE系统 258

2.STARAN系统 260

习题 262

7.1 多处理机的特点及主要技术问题 265

7.2 多处理机的硬件结构 267

7.2.1 紧耦合和松耦合 267

1.紧耦合多处理机 267

2.松耦合多处理机 269

7.2.2 机间互连形式 270

1.总线形式 270

2.环形互连形式 271

3.交叉开关形式 272

4.多端口存贮器形式 273

5.开关枢纽结构形式 274

7.2.3 存贮器组织 275

1.并行主存贮器的构成 275

2.多Cache的一致性问题 276

7.3 程序并行性 278

7.3.1 并行算法 279

1.算术表达式的并行运算 279

2.递归程序的并行性 281

7.3.2 程序并行性的分析 283

7.3.3 并行程序设计语言 285

7.4.1 任务粒度与系统性能 289

7.4 多处理机的性能 289

7.4.2 性能模型与分析 290

1.N=2且计算与通信不能重叠 290

2.N>2且计算与通信不能重叠 290

3.额外开销与计算工作可以重叠 293

4.机间通信可以多路同时进行 294

7.5 多处理机的操作系统 295

7.5.1 多处理机操作系统的难度和特点 295

1.多处理机操作系统的难度 295

2.多处理机操作系统的特点 296

7.5.2 多处理机操作系统的类型 297

1.主从型 297

2.各自独立型 297

3.浮动型 298

7.5.3 多处理机操作系统的发展 298

习题 299

8.1.1 脉动阵列结构的原理 302

8.1 脉动阵列机 302

8.1.2 面向特定算法的脉动阵列结构 304

8.1.3 通用的脉动阵列结构 307

8.2 数据流机 309

8.2.1 数据驱动的概念 309

8.2.2 数据流程序图和语言 311

1.数据流程序图 311

2.数据流语言 315

8.2.3 数据流计算机的结构 316

1.静态数据流机 316

2.动态数据流机 318

8.2.4 数据流机器存在的问题 321

8.3.1 函数式程序设计语言 322

8.3 归约机 322

8.3.2 面向函数程序设计的归约机 324

1.归约机的基本结构特点 324

2.串归约机 326

3.图归约机 327

8.4 智能机 328

8.4.1 智能信息处理与智能机 328

8.4.2 智能机的结构及所用的机器语言 330

1.智能机的结构 330

2.逻辑程序设计语言 331

3.智能计算机的进展 332

8.5 大规模并行处理机MPP与机群系统 333

习题 336

参考文献 338