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第1章 计算机系统结构导论 1

1.1 计算机系统的层次结构 1

1.2 计算机系统结构、组成与实现 3

1.3 计算机系统结构的分类 5

1.3.1 按“流”分类 5

1.3.2 按“并行级”和“流水线”分类 6

1.3.3 按“最大并行度”分类 7

1.4 计算机系统的设计与实现 8

1.4.1 计算机系统设计原则 8

1.4.2 计算机系统的性能与价格 11

1.4.3 计算机系统性能评测 11

1.5 计算机系统结构的演变 14

1.5.1 软件对计算机系统结构的影响 15

1.5.2 应用需求对计算机系统结构的影响 17

1.5.3 器件对计算机系统结构的影响 18

1.5.4 算法对计算机系统结构的影响 19

1.6 习题 19

第2章 计算机系统结构 22

2.1 中央处理器 22

2.1.1 CPU的组成 22

2.1.2 数据表示 24

2.1.3 指令格式优化 27

2.1.4 寻址方式 31

2.2 总线结构 33

2.2.1 总线的分类 33

2.2.2 总线结构的特点 34

2.2.3 总线通信方式 35

2.2.4 总线仲裁 37

2.2.5 总线标准 39

2.3 I/O系统 41

2.3.1 I/O方式 42

2.3.2 中断系统 44

2.4 通道处理机 45

2.4.1 通道的作用和功能 46

2.4.2 通道的工作过程 46

2.4.3 通道的类型 48

2.5 I/O处理机 49

2.5.1 I/O处理机的作用 49

2.5.2 I/O处理机的种类 50

2.6 习题 51

第3章 存储系统 54

3.1 存储系统原理 54

3.1.1 存储系统的定义 54

3.1.2 存储系统的层次结构 57

3.1.3 频带平衡 58

3.1.4 存储器并行访问 58

3.1.5 交叉访问存储器 59

3.2 相联存储器 62

3.3 高速缓冲存储器 63

3.3.1 Cache的基本概念 63

3.3.2 Cache的组成与工作原理 63

3.3.3 地址映像与变换 64

3.3.4 Cache置换策略与主存更新方法 68

3.3.5 Cache一致性问题 69

3.3.6 Cache系统的加速比 70

3.3.7 微机Cache系统 71

3.4 虚拟存储器 72

3.4.1 存储器管理方式 72

3.4.2 虚拟存储器的工作原理 72

3.4.3 地址的映像与变换 74

3.4.4 段式虚拟存储器 75

3.4.5 页式虚拟存储器 77

3.4.6 段页式虚拟存储器 78

3.4.7 加快内部地址变换的方法 80

3.4.8 页面替换算法 82

3.4.9 提高主存命中率的方法 85

3.4.10 微机的虚拟存储器 87

3.5 存储器保护技术 87

3.6 习题 89

第4章 流水线技术 92

4.1 系统结构中的并行性概念 92

4.1.1 并行性概念 92

4.1.2 并行处理的发展 93

4.2 流水线结构原理 95

4.2.1 一次重叠流水线 95

4.2.2 流水技术原理 98

4.2.3 流水线分类 99

4.2.4 流水线性能的分析 102

4.2.5 流水线中的主要障碍与控制 105

4.2.6 非线性流水线调度 109

4.3 向量处理技术 111

4.3.1 向量的流水处理 111

4.3.2 向量处理机 113

4.4 指令级并行技术 116

4.4.1 超标量处理机 116

4.4.2 超长指令处理机 117

4.4.3 超流水线处理机 118

4.5 习题 119

第5章 RISC结构计算机 123

5.1 RISC技术概述 123

5.1.1 CISC的主要问题 123

5.1.2 RISC的定义及特点 125

5.2 大寄存器组 126

5.2.1 寄存器窗口 126

5.2.2 寄存器组与Cache 128

5.3 RISC流水线技术 129

5.3.1 规整指令的流水线技术 129

5.3.2 流水线优化 130

5.4 RISC指令结构 132

5.5 ARM处理器 133

5.5.1 ARM 32位CPU起源 133

5.5.2 ARM寄存器结构 134

5.5.3 ARM指令系统 135

5.5.4 ARM寻址方式 135

5.6 习题 137

第6章 多处理机系统 138

6.1 多处理机系统结构 138

6.1.1 紧耦合多处理机 139

6.1.2 松耦合多处理机 139

6.1.3 多处理机中Cache的一致性 140

6.2 并行多处理机技术 143

6.2.1 程序并行性分析 143

6.2.2 并行程序设计语言 145

6.2.3 多处理机操作系统 151

6.2.4 多处理机调度策略 154

6.3 向量处理机 157

6.3.1 向量处理的基本概念 157

6.3.2 向量处理机的结构 158

6.3.3 向量处理机的性能评价 160

6.4 互连网络结构 161

6.4.1 互连网络分类 161

6.4.2 单级互连网络 163

6.4.3 基本循环互连网络和多级互连网络 166

6.4.4 网络拓扑结构 168

6.5 多处理机实例 169

6.5.1 大规模并行处理机 169

6.5.2 SMP共享存储型多处理机 171

6.5.3 机群系统 172

6.6 习题 175

第7章 分布式系统结构 178

7.1 分布式系统 178

7.1.1 分布式系统的特点 179

7.1.2 分布式系统的目标 180

7.1.3 分布式系统的优缺点 181

7.1.4 分布式系统的结构 181

7.2 集群计算机系统 182

7.2.1 集群系统的特点 182

7.2.2 集群系统的分类 183

7.2.3 集群系统的结构 184

7.2.4 集群系统的构建技术 186

7.2.5 集群系统的软件平台 190

7.2.6 集群系统的任务调度方法 191

7.2.7 集群系统的发展趋势 192

7.3 网格技术 193

7.3.1 网格体系结构 195

7.3.2 五层沙漏体系结构 196

7.3.3 开放网格服务体系结构 197

7.3.4 Web服务资源框架 200

7.3.5 网格技术的发展趋势 202

7.4 习题 203

第8章 非控制流计算机结构 204

8.1 计算机驱动模型 204

8.2 脉动阵列计算机 205

8.2.1 脉动阵列结构原理 206

8.2.2 脉动阵列结构及特点 207

8.3 数据流计算机 208

8.3.1 数据流计算机的工作原理 208

8.3.2 数据流程序图和数据流语言 210

8.3.3 数据流计算机结构 213

8.3.4 数据流计算机的性能分析 216

8.4 按需求驱动的归约机 218

8.4.1 函数式程序设计语言 218

8.4.2 函数式语言的归约机结构 219

8.5 人工智能计算机 221

8.5.1 人工智能计算特征 222

8.5.2 人工智能计算机分类 223

8.6 习题 224

附录 习题答案 225

参考文献 278