目录 1
1.1 计算机系统结构的含义 1
第一章 绪论 1
1.2 促进计算机系统结构发展的因素 2
1.2.1 冯·诺依曼计算机 2
1.2.2 改革冯·诺依曼机的必要性 3
1.3 计算机系统结构的发展 5
1.3.1 计算机系统的发展 5
1.3.2 微处理机的发展 7
1.3.3 计算机系统结构的发展 8
1.3.4 计算机与通信技术结合引起的发展 10
1.4 硬件与软件的功能分配 11
第二章 存储系统 14
2.1 存储系统的基本概念 14
2.1.1 存储器在计算机中的地位 14
2.1.2 存储系统的层次结构 14
2.1.3 存储器访问的局部性 16
2.1.4 层次结构中的命中率 17
2.1.5 哈佛系统结构 18
2.2 提高主存储器速度 19
2.2.1 高速DRAM的进展 19
2.2.2 并行主存系统 21
2.3 高速缓冲存储器 23
2.3.1 高速缓冲存储器的结构 23
2.3.2 地址映象 25
2.3.3 替换算法 29
2.3.4 写入策略 32
2.3.5 分裂型高速缓冲存储器 33
2.3.6 二级高速缓冲存储器 33
2.3.7 实例：Pentium Pro的高速缓冲存储器 35
2.4 存储管理 40
2.4.1 主存储器分区管理的基本概念 40
2.4.2 页式管理 42
2.4.3 段式管理 44
2.5.1 按需调页 45
2.5 虚拟存储器 45
2.4.4 段页式管理 45
2.5.2 虚拟存储器的实现 47
2.5.3 实例：IBM 370系统的虚拟存储器 49
2.5.4 实例：Pentium Pro的虚拟存储器 52
2.5.5 缺页及其处理 58
2.5.6 虚拟存储器工作过程 59
2.5.7 分层页表 61
2.5.8 反向页表 64
2.6 高速缓冲存储器和虚拟存储器协同工作 65
2.6.1 cache-主存-辅存层次协同工作 65
2.6.2 实地址cache和虚地址cache 67
2.7 存储保护 70
2.7.1 存储保护的必要性 70
2.7.2 工作状态的保护 70
2.7.3 存储区域的保护 70
2.8 相联存储器 73
2.8.1 信息访问方式 73
2.7.4 访问方式的保护 73
2.8.2 相联存储器 74
第三章 输入输出系统 78
3.1 输入输出系统基本概念 78
3.2 程序控制输入输出 80
3.3 中断驱动输入输出 80
3.4 直接存储器访问 81
3.4.1 基本原理 81
3.4.2 直接存储器访问的输入输出工作过程 83
3.4.3 直接存储器访问部件在计算机系统中的布局 84
3.4.4 DMA实例 84
3.5 输入输出通道 87
3.5.1 基本原理 87
3.5.2 分类 91
3.5.3 工作过程举例 92
3.6 总线系统 94
3.6.1 基本概念 94
3.6.2 总线的定时 95
3.6.3 总线的判优 98
3.6.4 系统总线实例：PCI总线 102
3.7.1 提高磁盘存储器速度的重要性 106
3.7.2 提高磁盘驱动器速度 106
3.7 磁盘存储器 106
3.7.3 磁盘高速缓冲存储器 107
3.7.4 磁盘阵列 108
4.1 引言 117
第四章 指令系统的系统结构 117
4.2 指令格式和寻址方式 118
4.2.1 指令格式和编码 118
4.2.2 指令格式举例 119
4.2.3 寻址方式 123
4.3 数据表示 126
4.3.1 浮点数表示 126
4.3.2 带标志符的数据表示 128
4.3.3 数据表示举例 131
4.3.4 字节顺序 132
4.4 指令系统的设计 133
4.4.1 指令系统设计过程 133
4.4.2 对指令系统的要求 133
4.5 指令系统对高级语言的支持 134
4.5.1 冯·诺依曼语义差距 134
4.5.2 加强对高级语言支持能力的途径 135
4.6 指令系统对操作系统的支持 137
4.7 指令系统对多媒体应用的支持 140
4.7.2 多媒体扩展指令集 140
4.7.1 媒体处理机产生的背景 140
4.7.3 多媒体扩展指令集实例：MMX 141
4.8 中断系统 143
4.8.1 中断的分类 144
4.8.2 中断响应的优先级 145
4.8.3 中断的屏蔽和中断处理次序 145
4.8.4 中断处理过程和硬软件功能分担 147
4.8.5 中断的断点 150
4.9 状态控制 150
5.1 计算机系统的分类 153
第五章 处理机系统 153
5.2.1 指令流水线 154
5.2 流水方式 154
5.2.2 运算流水线 157
5.2.3 运算流水线分类 159
5.2.4 流水线中的相关问题 160
5.2.5 流水线中的循环处理 168
5.2.6 流水线中的精确断点 171
5.2.7 先行控制处理机 173
5.3 多功能部件处理机 176
5.4 向量处理机 178
5.4.1 向量的流水处理 178
5.4.2 向量处理机的组成 179
5.4.3 提高运算速度的技术 181
5.4.4 向量化编译程序 185
5.5 附加式数组处理机 185
5.6.1 产生背景 188
5.6 简化指令系统计算机 188
5.6.2 主要特点 190
5.6.3 寄存器窗口 192
5.6.4 RISC实例：R2000/R3000 194
5.6.5 RISC实例：PowerPC601 197
5.7.1 指令级并行性 201
5.7 指令级并行 201
5.8.1 概述 203
5.8 超级流水线计算机 203
5.7.2 一个周期流出多条指令的处理机 203
5.8.2 超级流水线计算机实例：R4000 205
5.9.1 概述 208
5.9 超级标量计算机 208
5.9.2 超级标量计算机中的基本技术 209
5.9.3 超级标量计算机实例：PowerPC 620 214
5.9.4 超级标量计算机实例：R10000 218
5.9.5 超级标量计算机实例：Alpha 21264 221
5.9.6 CISC/RISC系统结构及实例：Pentium Pro 224
5.10 超长指令字计算机 228
5.10.1 概述 228
5.10.2 超长指令字计算机实例：Cydra 5 229
5.11 软件流水线 232
第六章 并行处理机系统 238
6.1 引言 238
6.1.1 高度并行的计算机系统 238
6.1.2 多处理机系统的优点 239
6.2.1 概述 241
6.2.2 SIMD实例：Illiac Ⅳ 241
6.2 SIMD并行处理机 241
6.2.3 SIMD实例：CM-2 247
6.3 MIMD多处理机 250
6.3.1 概述 250
6.3.2 松耦合多处理机系统（多计算机系统） 250
6.3.3 紧耦合多处理机系统（多处理机系统） 252
6.3.4 UMA和NUMA多处理机 254
6.3.5 对称多处理机 254
6.3.6 同构型和异构型多处理机 255
6.4.2 静态拓扑结构互联网络 256
6.4 互联网络 256
6.4.1 互联网络的特征 256
6.4.3 动态拓扑结构互联网络 259
6.4.4 静态互联网络的路由选择和流控制 266
6.5 cache一致性 269
6.5.1 概述 269
6.5.2 以硬件为基础的方法 270
6.5.3 以软件为基础的方法 273
6.5.4 监视cache协议法实例：MESI 274
6.5.5 CC-NUMA机 277
6.6 大中型计算机的多处理机系统 279
6.6.1 IBM370系列多处理机系统 279
6.6.2 IBM S/390 G5多处理机系统 282
6.7 多处理机系统实例 283
6.7.1 Cray T3D系统 285
6.7.2 Intel Paragon XP/S系统 287
6.8.1 基本概念 288
6.8 容错计算机 288
6.8.2 松耦合多处理机构成的容错计算机 289
6.8.3 紧耦合多处理机构成的容错计算机 291
6.8.4 容错计算机实例：Tandem的NonStop系统 292
6.8.5 容错计算机实例：Stratus系统 295
6.9 机群 297
6.9.1 基本概念 297
6.9.2 机群的分类 299
6.9.4 机群实例：IBM SP2 300
6.9.3 机群的系统结构 300
第七章 非传统计算机系统结构 304
7.1 引言 304
7.2 脉动阵列结构 304
7.2.1 基本原理 304
7.2.2 面向特定算法的脉动阵列结构 306
7.2.3 通用的脉动阵列结构 310
7.3 数据流计算机 311
7.3.1 基本原理 311
7.3.2 数据流图与数据流程序 312
7.3.3 数据流语言 315
7.3.4 数据流计算机的分类 317
7.4 归约机 321
7.4.1 函数式语言 322
7.4.2 归约模型 324
7.4.3 归约机 324