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第1章 计算机系统结构设计基础 1

1.1计算机系统结构的含义和分类 1

计算机系统结构含义 2

计算机系统结构分类 5

1.2计算机系统设计准则 9

计算机系统设计的定量原理 9

计算机系统设计者的主要任务 11

1.3计算机系统结构的发展 12

计算机系统结构的演变 12

软件、应用需求和器件对系统结构发展的影响 16

本章小结 23

习题 23

第2章 计算机的性能及其评估标准 25

2.1引言 25

2.2计算机性能和性价比 25

衡量计算机性能的主要标准 25

衡量CPU性能的公式 26

MIPS和MFLOPS 27

2.3计算机性能的评估标准 28

评估计算机性能的基准测试程序 28

性能评价结果的统计和比较 30

2.4计算机成本和价格 33

本章小结 34

习题 35

第3章 数据类型和数据表示 38

3.1数据类型 38

基本数据类型 38

结构数据类型 39

3.2数据表示 40

数据表示、数据类型和数据结构的关系 40

二进制定点、浮点数据表示 40

数据表示实例 43

向量数据表示 43

自定义数据表示 45

本章小结 48

习题 49

第4章 指令系统设计原理和风格 50

4.1引言 50

4.2指令系统集结构的分类 51

堆栈型、累加器型和通用寄存器型指令集结构 51

通用寄存器型中的进一步分类 53

4.3操作数访问（寻址）方式 54

按地址访问方式 54

按内容访问方式 60

4.4指令格式及其优化 62

4.5两种不同的指令系统设计风格——CISC和RISC 66

CISC设计风格 67

RISC设计风格 69

4.6 RISC机指令系统实例和分析 77

美国加州大学伯克利分校的RISC机和SUN SPARC系统结构 77

美国斯坦福大学的MIPS机和MIPS R3000 80

新一代RISC机的主要特征和发展趋向 81

4.7指令系统对多媒体操作的支持 83

多媒体处理的需求 83

多媒体扩展指令集 84

4.8指令系统集设计的演变和发展趋向 85

本章小结 86

习题 86

第5章 标量流水技术 88

5.1控制流及其改变 88

5.2标量流水工作原理 89

重叠操作方式和先行控制 89

标量流水工作原理 92

标量流水分类 94

流水线的主要性能及其分析 96

流水线性能分析举例 98

5.3流水操作中的主要障碍 99

资源冲突（结构冲突） 100

数据相关冲突 101

控制转移冲突 104

流水线中的中断处理 107

5.4先进的流水技术 108

先进的流水调度方法——动态调度 108

流水中指令级并行性进一步开发 114

5.5多线程处理技术 134

多线程技术 134

多线程处理器的计算模型及现场切换策略 135

多线程实现的两种主要方法 136

本章小结 141

习题 141

第6章 向量流水处理 144

6.1向量流水机的基本系统结构 144

向量流水处理的主要特点 144

向量机的基本系统结构 145

向量启动时间和启动率 147

6.2向量操作长度控制和向量访问步长 147

6.3向量处理方法 149

6.4增强向量处理性能方法 151

多功能部件的并行操作 151

链接技术 152

条件执行语句和稀疏矩阵的加速处理方法 153

向量归约操作的加速方法 155

6.5向量处理性能评估参数和方法 156

6.6并行向量处理技术 158

6.7向量化编译技术 160

本章小结 161

习题 161

第7章 存储体系 164

7.1存储体系构成的基本原理 164

局部性原理 165

层次化原理 165

存储体系设计原则 166

7.2高速缓冲存储器 167

Cache的基本工作原理和结构 167

地址映射与变换 169

替换策略及更新主存策略 173

数据Cache、指令Cache及一体化Cache 178

Cache性能分析 178

7.3主存储器及带宽拓宽方法 180

提高主存性能方法 180

多体交叉存储器 181

存储器带宽的拓宽方法 182

7.4虚拟存储器的基本概念及实例 182

虚拟存储器管理方式 183

快速地址转换技术 188

虚拟存储的保护机制 189

7.5网络存储的基本概念 193

存储区域网的基本原理 193

存储区域网的构成 194

存储区域网的应用 195

本章小结 196

习题 197

第8章 输入／输出子系统 200

8.1引言 200

8.2 I／O子系统的主要特征 201

8.3 I／O部件类型 202

磁盘 202

光盘 206

闪存 206

图形显示设备 207

8.4总线 208

总线分类 208

总线控制方式 209

总线标准 214

8.5中断系统 221

中断分类和优先等级 221

中断处理系统 221

8.6输入／输出通道 222

8.7 I／O处理机 225

8.8 I／O子系统性能衡量 226

8.9 I／O子系统的设计 227

8.10并行I／O 227

并行I／O基本原理 227

并行文件系统实例 229

本章小结 230

习题 230

第9章 并行计算技术 232

9.1并行计算技术的发展及系统的分类 232

并行性基本概念 232

并行性的开发策略 233

并行计算机系统的分类 234

并行计算机系统的加速比 235

9.2 SIMD并行计算机（阵列处理机） 236

阵列机的基本结构 236

阵列机的主要特点 238

阵列机的并行算法 238

典型SIMD计算机举例 240

9.3计算机互连网络 242

互连网络的分类及设计准则 242

静态互连网络 244

基于总线的动态互连网络 249

基于交换的动态互连网络 252

计算机动态互连网络的带宽分析 263

9.4 MIMD多处理机及多计算机系统 264

MIMD多机系统主要特征及其分类 264

多处理机系统中的Cache一致性 273

多处理机间的互连方式 281

并行存储器无冲突访问 290

多处理机系统中并行性的开发 291

多处理机操作系统 309

多处理机调度策略 310

9.5机群 313

机群的组成结构和主要属性 314

机群中常用的互连网络 315

机群实例 320

9.6网络计算 322

计算机网络基础 323

客户／服务器系统 325

网格计算 327

9.7并行机的发展瞻望 328

并行机发展的现状 328

并行机发展的趋势 329

本章小结 330

习题 332

第10章 新型计算机系统结构 335

10.1计算模型分类 335

10.2多核处理器计算机 337

多核处理器的基本工作原理 338

多核处理器的原型系统及产品 339

多核处理器系统的软件技术 341

10.3数据流计算机 345

数据流计算机的基本工作原理 345

数据流程序图和数据流语言 346

数据流机的基本结构 349

10.4归约机 353

函数式程序设计语言 353

面向函数式语言的归约机 355

本章小结 358

习题 359

参考文献 361