计算机系统结构PDF电子书下载

第1章 计算机系统结构的基本概念 1

1.1计算机系统结构 1

1.1.1计算机系统的层次结构 4

1.1.2计算机系统结构概念 4

1.1.3计算机系统结构分类 4

1.1.4计算机系统结构、组成与实现 7

1.2计算机系统设计 9

1.2.1计算机系统的设计原理 9

1.2.2计算机系统的设计原则 11

1.2.3计算机系统的设计思路 12

1.3计算机性能评价指标 12

1.4计算机系统结构的发展 15

1.4.1冯·诺依曼结构 15

1.4.2影响计算机系统结构发展的因素 17

本章小结 21

习题1 22

第2章 指令系统 26

2.1数据表示 26

2.1.1基本数据表示 26

2.1.2浮点数据表示 27

2.1.3自定义数据表示 28

2.1.4向量数据表示 32

2.2指令系统设计原则 33

2.2.1指令系统的指令编码方法 34

2.2.2寻址技术 34

2.2.3指令集结构 36

2.3指令系统优化 38

2.3.1操作码的优化 38

2.3.2指令系统的执行和优化 41

2.4精简指令系统计算机 46

2.4.1 CISC的设计思想与问题 47

2.4.2 RISC的设计思想起源 47

2.4.3 RISC结构设计原则 48

2.4.4 RISC结构的基本技术 49

2.4.5 RISC计算机举例 52

2.4.6 RISC计算机的发展 56

2.5 DLX指令集结构 57

本章小结 59

习题2 59

第3章 存储系统 61

3.1存储系统基本原理 61

3.1.1存储系统的定义 61

3.1.2存储系统的层次结构 63

3.1.3多体交叉访问存储器 64

3.2高速缓冲存储器 68

3.2.1高速缓冲存储器的基本结构与工作原理 69

3.2.2地址映像与转换 70

3.2.3替换算法及实现 77

3.2.4 cache的预取算法 81

3.2.5 cache的一致性问题 81

3.2.6 cache性能分析 83

3.2.7 cache的实用举例 85

3.3虚拟存储器 87

3.3.1虚拟存储器的工作原理 88

3.3.2虚拟存储器的管理方式 89

3.3.3虚拟存储器的地址映像与变换 91

3.3.4虚拟存储器实例 94

3.4 cache与虚拟存储器的异同 96

3.5主存保护 97

3.5.1存储区域保护 97

3.5.2访问方式保护 99

3.5.3存储保护实例 99

3.6存储器检错与纠错技术 101

3.6.1奇偶校验 101

3.6.2海明校验 102

3.6.3循环校验码 103

本章小结 103

习题3 104

第4章 流水线技术 110

4.1基本概念 110

4.2流水线工作方式 112

4.2.1流水线处理概念和特点 112

4.2.2流水线的分级和分类 114

4.2.3流水线举例 115

4.3流水线性能分析 120

4.3.1技术指标 120

4.3.2流水线性能指标参数计算 124

4.3.3时序和缓冲 128

4.3.4相关处理 128

4.3.5转移处理 132

4.3.6流水中断处理 134

4.4流水线调度 135

4.4.1流水线调度方法 135

4.4.2动态硬件预测转移方法 140

4.5超级计算机 141

4.5.1流水处理中指令并行性进一步开发 141

4.5.2超级标量计算机 141

4.5.3超长指令字计算机 143

4.5.4超级流水计算机 144

4.5.5超流水超标量计算机 145

4.6向量流水处理 146

4.6.1向量处理方式 146

4.6.2向量处理机的结构 147

4.6.3改进向量处理机性能的方法 149

4.6.4向量处理机的性能 153

4.7奔腾ⅡⅢ4处理器流水处理举例 155

本章小结 163

习题4 163

第5章 并行处理机和多处理机 168

5.1概述 168

5.2并行处理技术与发展 168

5.2.1并行处理技术的开发途径 169

5.2.2并行处理技术发展 170

5.3并行处理机结构 173

5.4多处理机结构 178

5.4.1紧耦合多处理机系统 179

5.4.2松耦合多处理机系统 181

5.5多处理机cache一致性 182

5.5.1多处理机cache内容不一致的原因 183

5.5.2解决多处理机cache不一致的方法 184

5.6互连网络 187

5.6.1互连网络的概念 187

5.6.2互连网络的性能参数 188

5.6.3互连网络拓扑结构 190

5.6.4互连函数 192

5.6.5单级互连网 197

5.6.6多级互连网 199

5.6.7互连网通信模式和消息传递 203

5.7多处理机的操作系统 208

5.7.1多处理机操作系统的特点 208

5.7.2多处理机操作系统分类 209

5.8多处理机系统实例 211

5.8.1 SMP共享存储型多处理机 211

5.8.2 MPP大规模并行处理机 212

5.8.3机群系统 215

5.8.4“曙光一号”共享存储并行处理机 218

本章小结 220

习题5 221

第6章 输入输出系统 223

6.1概述 223

6.1.1输入输出设备的分类 223

6.1.2输入输出设备的特点 224

6.2基本工作原理 225

6.2.1输入输出系统的结构 225

6.2.2输入输出系统的逻辑组成及工作原理 226

6.2.3输入输出系统的工作方式 227

6.3总线 229

6.3.1总线工作原理 230

6.3.2总线标准与实例 231

6.4中断 237

6.4.1中断基本概念 237

6.4.2中断处理过程 238

6.4.3中断优先级和嵌套 239

6.5 DMA方式 240

6.5.1 DMA方式的概念 240

6.5.2 DMA的工作过程 241

6.6通道处理机 241

6.6.1通道的功能 241

6.6.2通道的逻辑组成与工作过程 243

6.6.3输入输出中断 245

6.6.4通道的种类及流量分析 245

6.7输入输出处理机 251

6.7.1输入输出处理机的功能 251

6.7.2输入输出处理机系统举例 252

本章小结 253

习题6 253

第7章MIPS体系结构 257

7.1 MIPS的发展历程 257

7.1.1 RISC与CISC 257

7.1.2 MIPS I到MIPS V 257

7.1.3 MIPS32和MIPS64 259

7.2 MIPS体系结构 260

7.2.1 MIPS的指令格式 260

7.2.2 MIPS与CISC体系结构的比较 261

7.2.3编址和内存访问 262

7.2.4 MIPS不支持的特性 262

7.3 MIPS的缓存 263

7.4 MIPS指令集 265

7.4.1 MIPS汇编语言 265

7.4.2 MIPS指令集 266

本章小结 285

习题7 286

第8章 多核技术 287

8.1多核基本概念 287

8.1.1多核技术发展趋势 287

8.1.2多核概念 287

8.1.3片上多核处理器体系结构 290

8.2操作系统对多核处理器的支持方法 295

8.2.1调度与中断 295

8.2.2输入输出系统 295

8.2.3存储管理 296

8.2.4虚拟化技术 297

8.2.5支持多核的操作系统 299

8.3多线程技术 300

8.3.1线程的定义 300

8.3.2多线程定义 301

8.3.3多线程技术示例 302

8.4面向Intel公司多核处理器的多线程技术 305

8.4.1基于硬件的多线程技术 305

8.4.2超线程技术 305

8.4.3多核体系结构 306

8.5多核发展趋势 308

本章小结 309

习题8 309

第9章 非冯·诺依曼型计算机 310

9.1数据流计算机 310

9.1.1数据流计算机工作原理 310

9.1.2数据流程序图和数据流语言 312

9.1.3数据流计算机的性能分析 316

9.1.4数据流计算机结构 319

9.1.5数据流机器存在的问题 323

9.2归约机 323

9.2.1函数式程序设计语言 324

9.2.2函数式语言的归约机结构 324

9.3人工智能计算机 327

9.3.1人工智能计算特征 327

9.3.2人工智能计算机的结构 328

9.3.3人工智能计算机分类 329

9.4光计算机 330

9.5神经网络计算机 331

本章小结 332

习题9 333

附录A DLX指令集 334

附录B WinDLX教程 340

参考文献 346