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目录 1

出版说明 1

前言 1

第1章 计算机体系结构的基本概念 1

1.1 引论 1

1.2 计算机体系结构的概念 1

1.2.1 计算机系统中的层次概念 1

1.2.2 计算机体系结构定义 3

1.2.3 计算机组成与实现技术 4

1.3 计算机体系结构的发展 5

1.3.1 存储程序计算机体系结构及其发展 6

1.3.2 计算机的分代和分型 8

1.3.3 应用需求的发展 10

1.3.4 计算机实现技术的发展 11

1.4 计算机体系结构中并行性的发展 11

1.4.1 并行性概念 12

1.4.2 提高并行性的技术途径 12

1.5 定量分析技术基础 14

1.5.1 计算机性能的评测 14

1.5.2 系统结构的评测标准 15

1.5.3 性能设计和评测的基本原则 17

1.5.4 CPU的性能 19

1.6 小结 22

1.7 习题 22

第2章 指令系统 24

2.1 指令集结构的分类 24

2.1.1 指令集结构分类 24

2.1.2 通用寄存器型指令集结构的分类 26

2.2 寻址技术 27

2.3 指令集结构的功能设计 30

2.3.1 CISC计算机指令集结构的功能设计 31

2.3.2 RISC计算机指令集结构的功能设计 32

2.3.3 控制指令 34

2.4 操作数的类型、表示和大小 35

2.5 指令集格式的设计 37

2.5.1 寻址方式的表示方法 37

2.5.2 指令集格式的选择 37

2.6 指令格式的优化 38

2.6.1 操作码优化表示 41

2.6.3 定长指令字操作码同地址码配合 44

2.6.2 地址码优化表示 44

2.7.1 IBM 370指令系统 46

2.7 指令系统分析 46

2.7.2 增设辅助操作码 50

2.7.3 用一条指令代替一串指令 51

2.7.4 对高级语言优化的改进 52

2.8 小结 54

2.9 习题 55

3.1 先行控制技术 56

3.1.1 指令的执行方式 56

第3章 流水线技术 56

3.1.2 先行控制方式的原理 57

3.2 流水线概述 58

3.2.1 流水线的基本概念 58

3.2.2 流水线的分类 60

3.3 流水线中的相关 61

3.3.1 流水线性能分析 61

3.3.2 流水线的结构相关 67

3.3.3 流水线的数据相关 67

3.3.4 流水线的控制相关 70

3.4.1 非线性流水线的表示 75

3.4 非线性流水线 75

3.4.2 非线性流水线的调度技术 77

3.5 超标量和超流水线处理机 80

3.5.1 超标量处理机 80

3.5.2 超流水线处理机 83

3.6 向量处理机 86

3.6.1 向量处理方式和向量处理机 86

3.6.2 向量处理机实例分析 89

3.7 小结 89

3.8 习题 90

第4章 存储系统 91

4.1 存储系统原理 91

4.1.1 存储系统定义 91

4.1.2 存储系统的性能指标 93

4.1.3 频带平衡 94

4.1.4 并行存储器 95

4.1.5 交叉访问存储器 96

4.2 高速缓冲存储器（Cache） 99

4.2.1 基本工作原理 100

4.2.2 地址映像与变换方法 101

4.2.3 替换算法及其实现 110

4.2.4 Cache的性能分析 113

4.3 虚拟存储器 117

4.3.1 虚拟存储器工作原理 117

4.3.2 地址的映像与变换 118

4.3.3 加快内部地址变换的方法 123

4.3.4 页面替换算法及其实现 128

4.3.5 提高主存命中率的方法 132

4.4 习题 134

第5章 输入／输出系统 137

5.1 概述 137

5.2 存储设备类型 137

5.2.1 磁盘 137

5.2.2 磁盘的未来 139

5.2.3 使用DRAM作磁盘 140

5.2.4 光盘 141

5.2.5 磁带 141

5.2.6 自动磁带库 141

5.3.1 中断系统的软硬件功能分配 142

5.3 中断系统 142

5.3.2 中断屏蔽 144

5.4 总线——连接I/O设备到CPU和存储器 148

5.4.1 总线设计决策 149

5.4.2 总线标准 151

5.4.3 存储设备与CPU的接口 152

5.4.4 CPU授权I/O操作 153

5.5 通道处理机 154

5.5.1 通道的作用和功能 154

5.5.2 通道的工作过程 155

5.5.3 通道种类 156

5.5.4 通道中的数据传送过程 159

5.5.5 通道的流量分析 160

5.6 I/O性能评测 161

5.7 可靠性、可用性和RAID 163

5.7.1 镜像（RAID1） 164

5.7.2 位交叉奇偶校验（RAID3） 164

5.7.3 块交叉分布奇偶校验（RAID5） 165

5.8 I/O系统设计 165

5.9 习题 166

6.2 并行系统结构的分类 168

第6章 多处理机 168

6.1 简介 168

6.3 多处理机的性能模型 170

6.3.1 基本模型 171

6.3.2 N台处理机系统的基本模型 172

6.3.3 多处理机模型 173

6.4 多处理机的Cache一致性 174

6.4.1 Cache一致性问题的由来 174

6.4.2 监听协议 176

6.4.3 基于目录的协议 179

6.5 互联网络 182

6.5.1 互联网络的性能参数 182

6.5.2 静态连接网络 185

6.5.3 动态连接网络 189

6.6 多处理机实例 192

6.6.1 MPP 193

6.6.2 对称多处理机 195

6.7 习题 200

7.2.1 机群系统的组成 201

7.2 机群系统的组成和特点 201

7.1 机群系统概述 201

第7章 机群系统 201

7.2.2 机群系统的特点 202

7.2.3 微机机群技术 203

7.2.4 微机机群的可靠性 205

7.2.5 微机机群的优势 206

7.2.6 微机机群的局限 207

7.2.7 微机机群的发展趋势 208

7.3 机群系统的通信技术 209

7.4 并行程序设计环境（MPI） 213

7.4.1 MPI的基本概念 214

7.4.2 MPI的特点 215

7.4.3 目前主要的MPI实现 216

7.5 机群系统的负载平衡技术 216

7.5.1 负载平衡的基本问题 216

7.5.2 负载平衡系统的主要技术 217

7.5.3 负载平衡系统设计的考虑因素 218

7.5.4 机群系统负载平衡技术的研究状况 220

7.6 习题 221

参考文献 222