第一章计算机系统结构的基本概念§1 计算机系统的多级层次结构 1
目 录 1
§2计算机系统结构、组成与实现 5
2.1计算机系统结构 5
2.2计算机组成与实现 7
2.3计算机系统结构、组成和实现 10
三者的相互影响 10
§3软硬取舍、计算机系统与系统结 13
构的设计方法 13
3.1软硬取舍的基本原则 13
3.2计算机系统的设计思路与系统 15
结构设计的步骤 15
3.2-1计算机系统的设计思路 15
3.2-2计算机系统结构的设计 18
步骤 18
4.1-1统一高级语言 19
4.1 系统结构设计中必须注意解决好软件的可移植性 19
§4软件、应用、器件对系统结构的 19
影响 19
4.1-2采用系列机思想 20
4.1-3模拟与仿真 23
4.2应用对系统结构的影响 25
4.3器件发展对系统结构的影响 29
4.3-1 器件的功能和使用方法的变化会影响系统结构和组成 29
4.3-2器件的发展是推动系统结构 31
和组成前进的关键因素 31
4.3-3器件的发展改变了逻辑设计 32
的传统方法 32
§5系统结构和并行性的发展及计算机系统的分类 33
5.1 Von Neumann型计算机 34
5.2-1并行性概念 36
5.2 计算机系统结构中并行性的 36
？ 36
5.2-2计算机系统结构向并行处理系统的发展 39
5.3计算机系统的分类 42
习题 45
主要参考文献 46
第二章指令与寻址 48
§1 数据表示 48
1.1数据表示与数据结构 48
1.2浮点数尾数的基值大小和下溢 52
处理方法选择 52
1.2-1 浮点数尾数基值的选择 53
1.2-2浮点数尾数的下溢处理方法 57
据表示 60
1.3-1 自定义数据表示 60
1.3 自定义数据表示与向量数 60
1.3-2向量数据表示 63
§2寻址方式 65
2.1寻址方式分析 65
22逻辑地址与主存物理地址 68
§3指令系统的设计和改进 71
3.1指令格式的优化 71
3.1-1哈夫曼压缩概念 71
3.1-2操作码的优化表示 73
3.1-3指令字格式的优化 76
3.2按增强指令功能的方向发展与 79
改进指令系统 79
3.2-1面向目标程序的优化实现 80
来改进 80
来改进 84
3.2-2面向高级语言的优化实现 84
来改进 90
3.2-3面向操作系统的优化实现 90
3.3按简化指令功能的方向发展和 96
改进指令系统 96
3.3-1精简指令系统思想的提出 96
3.3-2 RISC结构采用的基本技术 98
3.3-3 RISC技术的发展 101
习题 105
主要参考文献 107
第三章输入输出系统 109
§1引言 109
§2总线设计 110
2.1总线的类型 111
2.2总线的控制方式 112
2.3-1同步通讯 114
2.3总线的通讯技术 114
2.3-2异步通讯 115
2.4数据宽度与总线线数 116
2.4-1数据宽度 116
2.4-2总线的线数 117
§3中断系统 118
3.1中断的分类和分级 118
3.2中断系统的软硬功能分配 123
§4通道处理机 124
4.1工作原理 124
4.2通道流量的分析 128
§5外围处理机 130
习题 132
主要参考文献 134
矛盾 136
1.1存贮器容量、速度、价格的 136
第四章存贮体系 136
§1引言 136
1.2并行主存系统频宽的分析 137
1.3存贮体系的形成与发展 141
1.4存贮体系的性能参数 143
§2虚拟存贮器 145
2.1不同的虚拟存贮管理方式 145
2.1-1段式管理 146
2.1-2页式管理 149
2.1-3段页式管理 150
2.2页式虚拟存贮器构成 152
2.2-1地址的映象和变换 152
2.2-2替换算法 156
过程 162
2.2-3虚拟存贮器工作的全 162
2.3页式虚拟存贮器实现中的 163
问题 163
2.3-1页面失效的处理 163
2.3-2提高虚拟存贮器等效访同 164
速度的措施 164
2.3-3影响主存命中率和CPU 170
效率的某些因素 170
§3高速缓冲存贮器（Cache） 172
3.1基本结构 172
3.2地址的映象与变换 174
3.2-1全相联映象和变换 174
3.2-2直接映象及其变换 175
3.2-3组相联映象及其变换 176
3.3替换算法的实现 180
3.2-4段相联映象 180
3.3-1堆栈法 181
3.3-2比较对法 182
3.4 Cache的透明性及性能分析 183
3.4-1 Cache的透明性分析 183
3.4-2 Cache的取算法 186
3.4-3任务切换对失效率的影响 187
3.4-4影响Cache存贮器性能 188
的因素 188
3.5“Cache－主存－辅存”存贮层次 190
§4主存保护 191
习题 193
主要参考文献 197
1.1基本思想和一次重叠 199
§1重叠解释方式 199
第五章重叠、流水和向量处理机 199
1.2相关处理 202
1.2-1指令相关的处理 202
1.2-2主存空间数相关的处理 202
1.2-3通用寄存器组相关的处理 203
§2流水方式 207
2.1基本概念 207
2.1-1流水是重叠的引伸 207
2.1-2流水线的分类 208
2.1-3阵列流水线 213
2.2主要性能及其分析 215
2.2-1吞吐率 215
2.2-2效率 219
2.2-3流水线工作举例 220
2.3-1局部性相关的处理 222
2.3相关处理和控制机构 222
2.3-2全局性相关的处理 226
2.3-3流水机器的中断处理 229
2.3-4流水线调度 230
§3向量的流水处理与向量处理机 234
3.1向量的流水处理 234
3.2向量处理机 236
习题 246
主要参考文献 250
第六章并行处理机和相联处理机§1并行处理机原理 251
1.1并行处理机的构形与特点 251
1.1-1并行处理机的基本构形 251
1.1-2并行处理机的特点 253
1.2-1 ILLIACⅣ的处理单元阵 254
列结构 254
1.2并行处理机的算法 254
1.2-2阵列处理机的算法举例 255
1.3 SIMD计算机的互连网络 259
1.3-1互连网络的设计目标及 259
互连函数的表示 259
1.3-2单级互连网络 260
1.3-3基本的循环互连网络和 263
多级互连网络 263
1.3-4全排列网络 269
1.4并行存贮器的无冲突访问 269
§2并行处理机举例 272
2.1 MPP位平面阵列处理机 272
2.2 DAP阵列处理机 274
2.3 BSP科学处理机 276
3.1概述 278
3.1-1相联处理机的特点和组成 278
§3相联处理机 278
3.1-2相联存贮器的组成及相联 279
处理机的结构类型 279
3.2相联检索算法 281
3.3相联处理机结构举例 283
3.3-1 PEPE系统 283
3.3-2 sTARAN系统 285
习题 286
主要参考文献 289
第七章多处理机 291
§1 多处理机的特点及主要技术问题 291
§2多处理机的硬件结构 292
2.1紧耦合和松耦合 292
2.1-1紧耦合 293
2.1-2松耦合 294
2.2-1 总线形式 296
2.2机间互连的形式 296
2.2-2交叉开关形式 297
2.2-3多端口存贮器形式 298
2.2-4开关枢纽结构形式 299
§3程序并行性 300
3.1并行算法的研究思路 300
3.1-1算术表达式的并行运算 300
3.1-2递归程序的并行性 302
3.2程序并行性的分析 305
3.3并行程序设计语言 307
§4多处理机的操作系统 311
4.1 多处理机操作系统的类型 312
4.1-1主从型 312
4.1-2各自独立型 312
4.2资源分配和进程调度 313
4.1-3浮动型 313
习题 315
主要参考文献 318
第八章具有非诺依曼型结构特点的计算机§1 基于面向对象程序设计的计算机 320
1.1面向对象的程序设计 320
1.2基于面向对象的程序语言的 322
计算机结构 322
§2基于数据驱动的数据流机 324
2.1数据驱动的概念 324
2.2数据流程序图和语言 327
2.2-1数据流程序图 327
2.2-2数据流语言 330
2.3数据流计算机的结构 332
2.3-1静态数据流机 332
2.3-2动态数据流机 333
2.4数据流机器存在的问题 336
§3基于面向函数程序设计的归约机 337
3.1函数式程序设计语言 337
3.2面向函数程序设计的归约机 339
3.2-1归约机的基本结构特点 339
3.2-2串归约机 340
3.2-3图归约机 342
§4基于面向智能信息处理的智能机 343
4.1智能信息处理与智能机 343
4.2智能机的结构及所用的机器 344
语言 344
4.2-1智能机的结构 344
4.2-2逻辑程序设计语言 346
4.2-3智能计算机的进展 347
习题 348
主要参考文献 349