计算机系统结构PDF电子书下载

第1章　计算机系统结构概论及并行性的发展 1

1.1　计算机系统的层次结构 2

1.2　计算机系统结构、计算机组成和计算机实现 3

1.2.1　计算机系统结构的定义和内涵 3

1.2.2　计算机组成与计算机实现的定义和内涵 4

1.2.3　计算机系统结构、组成和实现的相互影响 7

1.3　计算机系统的软、硬件取舍和定量设计原理 8

1.3.1　软、硬件取舍的基本原则 8

1.3.2　计算机系统的定量设计原理 10

1.4　软件、应用、器件对系统结构设计的影响 12

1.4.1　软件发展对系统结构的影响 12

1.4.2　应用的发展对系统结构的影响 17

1.4.3　器件的发展对系统结构的影响 19

1.5　系统结构中的并行性发展和计算机系统分类 21

1.5.1　并行性概念 21

1.5.2　计算机系统的分类 24

习题1 26

第2章　数据表示、寻址方式与指令系统 28

2.1　数据表示 29

2.1.1　数据表示与数据结构 29

2.1.2　高级数据表示 30

2.1.3　引入数据表示的原则 35

2.1.4　浮点数尾数基值大小和下溢处理方法的选择 37

2.2　寻址方式 44

2.2.1　寻址方式的三种面向 44

2.2.2　寻址方式在指令中的指明 44

2.2.3　程序在主存中的定位技术 45

2.2.4　物理主存中信息的存储分布 47

2.3　指令系统的设计和优化 48

2.3.1　指令系统设计的基本原则 48

2.3.2　指令操作码的优化 49

2.3.3　指令字格式的优化 53

2.4　指令系统的发展和改进 58

2.4.1　两种途径和方向（CISC和RISC） 58

2.4.2　按CISC方向发展和改进指令系统 58

2.4.3　按RISC方向发展和改进指令系统 64

习题2 71

第3章　存储、中断、总线与I/O系统 73

3.1　存储系统的基本要求和并行主存系统 74

3.1.1　存储系统的基本要求 74

3.1.2　并行主存系统 75

3.2　中断系统 79

3.2.1　中断的分类和分级 79

3.2.2 中断的响应次序与处理次序 81

3.3　总线系统 84

3.3.1　总线的分类 84

3.3.2　总线的控制方式 85

3.3.3　总线的通信技术 87

3.3.4　数据宽度与总线线数 89

3.4　输入／输出系统 90

3.4.1　输入／输出系统概述 90

3.4.2　通道处理机的工作原理和流量设计 92

习题3 98

第4章　存储体系 101

4.1　基本概念 102

4.1.1　存储体系及其分支 102

4.1.2　存储体系的构成依据 103

4.1.3　存储体系的性能参数 104

4.2　虚拟存储器 105

4.2.1　虚拟存储器的管理方式 105

4.2.2　页式虚拟存储器的构成 110

4.2.3　页式虚拟存储器实现中的问题 118

4.3　高速缓冲存储器 124

4.3.1　工作原理和基本结构 124

4.3.2　地址的映象与变换 126

4.3.3　Cache存储器的LRU替换算法的硬件实现 131

4.3.4　Cache存储器的透明性及性能分析 134

习题4 138

第5章　标量处理机 143

5.1　重叠方式 144

5.1.1　重叠原理与一次重叠 144

5.1.2　相关处理 147

5.2　流水方式 153

5.2.1　基本概念 153

5.2.2　标量流水线的主要性能 157

5.2.3　标量流水机的相关处理和控制机构 162

5.3　指令级高度并行的超级处理机 172

5.3.1　超标量处理机 172

5.3.2　超长指令字处理机 173

5.3.3　超流水线处理机 175

5.3.4　超标量超流水线处理机 175

习题5 176

第6章　向量处理机 180

6.1 向量的流水处理与向量流水处理机 181

6.1.1 向量的处理和向量的流水处理 181

6.1.2　向量流水处理机的结构举例 182

6.1.3　通过并行、链接提高性能 184

6.2　阵列处理机的原理 186

6.2.1　阵列处理机的构形和特点 186

6.2.2　ILLIAC Ⅳ的处理单元阵列结构 188

6.2.3　ILLIAC Ⅳ的并行算法举例 189

6.3　SIMD计算机的互连网络 193

6.3.1　互连网络的设计目标与互连函数 193

6.3.2　互连网络应抉择的几个问题 194

6.3.3　基本的单级互连网络 194

6.3.4　基本的多级互连网络 198

6.3.5　全排列网络 206

6.4　共享主存构形的阵列处理机中并行存储器的无冲突访问 207

习题6 209

第7章　多处理机 213

7.1　多处理机的概念、问题和硬件结构 214

7.1.1　多处理机的基本概念和要解决的技术问题 214

7.1.2　多处理机的硬件结构 215

7.2　紧耦合多处理机多Cache的一致性问题 226

7.2.1　多Cache的一致性问题的产生 226

7.2.2　多Cache的一致性问题的解决办法 227

7.3　多处理机的并行性和性能 228

7.3.1　并行算法 228

7.3.2　程序并行性分析 231

7.3.3　并行语言与并行编译 233

7.3.4　多处理机的性能 236

7.4　多处理机的操作系统 237

7.4.1　主从型操作系统 237

7.4.2　各自独立型操作系统 238

7.4.3　浮动型操作系统 238

7.5　多处理机的发展 239

7.5.1　分布式共享存储器多处理机 239

7.5.2　对称多处理机 239

7.5.3　多向量多处理机 240

7.5.4　并行向量处理机 240

7.5.5　大规模并行处理机 240

7.5.6　机群系统 242

习题7 243

第8章　数据流计算机和归约机 246

8.1　数据流计算机 246

8.1.1　数据驱动的概念 246

8.1.2　数据流程序图和语言 249

8.1.3　数据流计算机的结构 254

8.1.4　数据流计算机存在的问题 254

8.2　归约机 255

习题8 257

参考文献 258