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第1章 计算机系统设计基础 1

1.1 计算机系统的基本概念 2

1.1.1 计算机系统的层次结构 2

1.1.2 计算机系统结构 4

1.1.3 计算机组成与实现 5

1.1.4 计算机系统结构的分类 6

1.2 计算机系统设计技术 9

1.2.1 计算机系统设计原理 9

1.2.2 计算机系统设计方法 11

1.3 计算机系统的性能评价 13

1.3.1 CPU性能 13

1.3.2 MIPS和MFLOPS 14

1.3.3 基准测试程序 15

1.3.4 性能评价结果的统计和比较 16

1.3.5 Intel微处理器性能评价 19

1.4 计算机系统结构的发展 23

1.4.1 计算机系统结构的演变 23

1.4.2 软件、应用和器件对系统结构发展的影响 25

习题一 32

2.1 浮点数据表示和IEEE754标准 36

2.1.1 数据表示、数据类型、数据结构的关系 36

第2章 数据表示与指令系统 36

2.1.2 浮点数据表示 38

2.1.3 IEEE754标准浮点数表示 45

2.2 高级数据表示 47

2.2.1 自定义数据表示 47

2.2.2 向量数据表示 52

2.2.3 堆栈数据表示 54

2.3.1 寻址方式 55

2.3 寻址方式与指令格式的优化设计 55

2.3.2 程序定位技术 61

2.3.3 指令格式的优化与设计 63

2.4 指令系统设计的两种风格 69

2.4.1 指令系统的功能设计 69

2.4.2 复杂指令系统计算机（CISC）设计风格 71

2.4.3 精简指令系统计算机（RISC）设计风格 77

2.4.4 CISC机和RISC机的比较 86

习题二 87

3.1 输入输出系统原理 90

第3章 输入输出系统 90

3.1.1 输入输出系统的特点 91

3.1.2 输入输出系统的基本方式 92

3.2 总线设计 94

3.2.1 总线的类型 94

3.2.2 总线的控制方式 98

3.2.3 总线通信技术 102

3.2.4 总线设计 104

3.2.5 Pentium微处理器的总线系统 106

3.2.6 Pentium系列微计算机系统的输入输出总线（USB和IEEE1394） 108

3.3 中断系统 113

3.3.1 中断系统的分类与分级 113

3.3.2 中断系统软、硬件功能分配 117

3.3.3 中断响应与中断屏蔽 119

3.3.4 Pentium系列微计算机的中断系统 122

3.3.5 APIC技术简介 126

3.4 通道处理机 135

3.4.1 通道的功能 136

3.4.2 通道的工作原理 138

3.4.3 通道的类型 140

3.4.4 通道流量的分析 143

3.5 外围处理机 146

3.5.1 外围处理机的功能 146

3.5.2 外围处理机的特点 147

3.5.3 外围处理机的分类 149

习题三 151

第4章 存储系统 154

4.1 存储系统的原理 154

4.1.1 存储系统的意义 154

4.1.2 存储系统的性能指标 155

4.1.3 “Cache-主存”和“主存-辅存”层次 157

4.1.4 主存频宽的平衡与提高 158

4.2 虚拟存储器 165

4.2.1 虚拟存储器的管理方式 166

4.2.2 页式虚拟存储器的构成 172

4.2.3 加快页式虚拟存储器地址变换的方法 181

4.2.4 提高主存命中率的方法 186

4.2.5 虚拟存储器的保护技术 188

4.2.6 Pentium微处理器的虚拟存储器 190

4.3.2 地址映像与地址变换 196

4.3 高速缓冲存储器（Cache） 196

4.3.1 Cache工作原理 196

4.3.3 Cache替换算法及其实现 205

4.3.4 Cache一致性与写策略 209

4.3.5 Cache性能分析 214

4.3.6 三级存储系统“Cache-主存-辅存”系统 217

4.3.7 Pentium PC的Cache 219

习题四 224

5.1 标量流水工作原理 229

5.1.1 指令的重叠解释方式 229

第5章 流水技术与向量处理 229

5.1.2 先行控制技术 231

5.1.3 标量流水工作原理 233

5.1.4 标量流水线的分类 235

5.1.5 标量流水线性能分析 237

5.2 标量流水中的障碍及控制 242

5.2.1 局部性相关及处理 243

5.2.2 全局性相关及处理 246

5.2.3 流水线的中断及处理 250

5.3 流水线的调度技术 250

5.3.1 非线性流水线的静态调度技术 251

5.3.2 流水线的动态调度技术 253

5.4 先进的流水技术 257

5.4.1 超标量流水线技术 258

5.4.2 超流水线技术 263

5.4.3 超标量超流水线技术 265

5.4.4 超长指令字（VLIW）技术 266

5.5 Pentium微处理器中的流水技术 268

5.5.1 Pentium微处理器的超标量流水线 268

5.5.2 Pentium微处理器U、V流水线指令配对 272

5.5.3 Pentium微处理器中的BTB 274

5.5.4 Pentium Ⅱ／Ⅲ微处理器中动态执行技术 276

5.6 向量流水技术 281

5.6.1 向量流水的基本概念 281

5.6.2 CRAY-1型向量流水处理机 284

5.6.3 增强向量处理性能的方法 286

习题五 290

第6章 并行处理技术 296

6.1 并行处理技术的基本概念 296

6.2.1 阵列机的基本结构 297

6.2 SIMD并行计算机（阵列处理机） 297

6.2.2 阵列机的主要特点 299

6.2.3 典型SIMD计算机举例 299

6.3 SIMD并行计算机算法 306

6.3.1 矩阵加 307

6.3.2 矩阵乘 308

6.3.3 累加和 309

6.4 SIMD计算机的互连网络 311

6.4.1 互连网络的设计目标 311

6.4.2 互连函数 312

6.4.3 互连网络的分类和结构参数 316

6.4.4 静态互连网络 318

6.4.5 动态互连网络 322

6.5 多处理机 334

6.5.1 多处理机的特点 334

6.5.2 多处理机的分类 335

6.5.3 多处理机间的互连方式 338

6.5.4 多处理机系统中并行性开发 343

6.5.5 多处理机的操作系统 350

6.5.6 多处理机的调度策略 352

习题六 355

第7章 新型计算机结构 359

7.1 脉动阵列计算机 359

7.2 数据流计算机 360

7.2.1 数据流计算机的基本工作原理 361

7.2.2 数据流程序图和数据流语言 361

7.2.3 数据流计算机的基本结构 365

7.2.4 数据流计算机存在的主要问题 368

7.3.2 归约机的结构特点 369

7.3.1 函数式程序设计语言 369

7.3 归约机 369

7.3.3 面向函数式语言的归约机 370

7.4 人工智能计算机 371

7.4.1 人工智能计算特征 371

7.4.2 AI计算机的分类 372

7.4.3 PROLOG推理机 373

7.4.4 RWC研究计划 374

习题七 376

主要参考文献 377