第1章 计算机系统结构的基本概念 1
1.0 学习指南 1
1.1 计算机系统的多层次结构 2
1.2 计算机系统结构、组成与实现 4
1.2.1 计算机系统结构、组成、实现的定义 4
1.2.2 计算机系统结构、组成和实现的相互关系 6
1.3 软硬件取舍与计算机系统的设计思路 6
1.3.1 软硬件取舍的基本原则 6
1.3.2 计算机系统的设计思路 7
1.4 计算机设计的量化准则 8
1.4.1 计算机系统设计的定量原理 8
1.4.2 衡量计算机系统性能的主要标准 10
1.4.3 计算机性能的比较 11
1.4.4 计算机系统的性能评价 13
1.5 对系统结构的影响因素 14
1.5.1 软件对系统结构的影响 14
1.5.2 器件和应用对系统结构的影响 17
1.6 系统结构中的并行性 18
1.6.1 并行性概念 18
1.6.2 并行处理系统的结构与多机系统的耦合度 20
1.7 计算机系统的分类 21
1.7.1 Flynn分类法 21
1.7.2 其他分类法 22
习题1 25
第2章 数据表示与指令系统 28
2.0 学习指南 28
2.1 数据表示 29
2.1.1 数据表示与数据结构 29
2.1.2 高级数据表示 29
2.1.3 引入数据表示的原则 34
2.2 寻址方式 34
2.2.1 寻址方式分析 34
2.2.2 间接寻址方式与变址寻址方式的比较 36
2.2.3 程序在主存中的定位技术 38
2.3 指令系统的设计和优化 39
2.3.1 指令操作码的优化 39
2.3.2 指令字格式的优化 43
2.4 指令系统的发展和改进 44
2.4.1 CISC和RISC 44
2.4.2 按CISC方向发展与改进指令系统 44
2.4.3 按RISC方向发展与改进指令系统 45
2.4.4 设计RISC的关键技术 48
2.5 典型的RISC处理器 53
2.5.1 ARM嵌入式处理器 53
2.5.2 MIPS嵌入式处理器 55
2.6 Intel嵌入式处理器 56
2.6.1 Atom处理器 56
2.6.2 Quark处理器 57
习题2 58
第3章 输入／输出系统 61
3.0 学习指南 61
3.1 输入／输出系统概述 61
3.2 磁盘阵列 62
3.2.1 RAID简介 62
3.2.2 RAID的分级 63
3.3 总线设计 65
3.3.1 总线特点 65
3.3.2 总线的数据宽度 66
3.3.3 总线定时控制 67
3.3.4 总线的集中仲裁方式 68
3.3.5 总线的分布仲裁方式 70
3.4 通道处理机 71
3.4.1 通道的作用和功能 71
3.4.2 通道工作过程 72
3.4.3 通道的类型 73
3.4.4 通道中的数据传送过程 75
3.4.5 通道的流量分析 77
习题3 79
第4章 存储体系 82
4.0 学习指南 82
4.1 存储体系概念和并行存储系统 83
4.1.1 存储体系的引出 83
4.1.2 并行存储系统 84
4.1.3 存储体系定义和分支 87
4.1.4 存储体系的性能参数 89
4.1.5 双口RAM 93
4.2 虚拟存储系统 94
4.2.1 虚拟存储管理方式 94
4.2.2 页式虚拟存储系统构成 100
4.2.3 页式虚拟存储系统实现中的问题 109
4.3 高速缓冲存储器 113
4.3.1 Cache存储系统基本结构 114
4.3.2 地址映像和变换 115
4.3.3 替换算法的实现 123
4.3.4 Cache的透明性及性能分析 125
4.4 Cache-主存-辅存三级层次 129
4.5 ARM存储系统 130
习题4 131
第5章 流水线和向量处理机 136
5.0 学习指南 136
5.1 重叠方式 137
5.1.1 重叠原理和一次重叠 137
5.1.2 相关处理 139
5.2 流水方式 143
5.2.1 基本概念 143
5.2.2 流水线处理机的主要性能 147
5.2.3 流水线调度 152
5.2.4 流水机器的相关处理和控制机构 156
5.3 向量的流水处理与向量流水处理机 159
5.3.1 向量的流水处理 159
5.3.2 向量流水处理机 161
5.4 指令级高度并行的超级处理机 163
5.4.1 超标量处理机 163
5.4.2 超流水线处理机 166
5.4.3 超标量超流水线处理机 169
5.4.4 三种指令级并行处理机性能比较 172
5.4.5 超长指令字处理机 174
5.5 ARM流水线处理器举例 174
习题5 176
第6章 并行处理机和互连网络 181
6.0 学习指南 181
6.1 并行处理机原理 182
6.1.1 并行处理机定义及特点 182
6.1.2 阵列处理机的构形与特点 182
6.2 阵列处理机的并行算法 184
6.3 互连网络的基本概念 190
6.3.1 互连网络的设计目标及互连函数 190
6.3.2 设计互连网络时应考虑的问题 192
6.4 互连网络的种类 193
6.4.1 静态互连网络 193
6.4.2 循环互连网络 195
6.4.3 基本的单级互连网络 196
6.4.4 多级互连网络 198
6.4.5 全排列网络 203
6.5 并行存储器的无冲突访问 204
习题6 206
第7章 多处理机与多计算机 209
7.0 学习指南 209
7.1 多处理机概念 210
7.1.1 多处理机定义 210
7.1.2 多处理机分类 211
7.1.3 多处理机特点和主要技术问题 211
7.2 多处理机结构 213
7.2.1 共享存储器结构 213
7.2.2 分布式存储器结构 218
7.2.3 大规模并行处理机 219
7.2.4 机群 220
7.3 多核处理器 225
7.3.1 多核处理器定义与结构 225
7.3.2 Intel多核处理器 227
7.3.3 AMD多核处理器 229
7.3.4 ARM多核处理器 230
7.4 多处理机的多Cache一致性 232
7.4.1 存储器一致性定义 232
7.4.2 多Cache一致性问题的产生 232
7.4.3 多Cache一致性问题解决方法 234
7.5 多处理机的机间互连形式 239
7.6 程序并行性 241
7.6.1 并行算法 241
7.6.2 程序段间的相关性分析 242
7.6.3 并行程序设计语言 243
7.7 多处理机的性能 244
7.7.1 基本模型 245
7.7.2 N台处理机系统的基本模型 246
7.8 多处理机的操作系统 248
7.8.1 主从型操作系统 248
7.8.2 各自独立型操作系统 249
7.8.3 浮动型操作系统 249
习题7 250
参考文献 252