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第1章 计算机系统结构导论1

1.1计算机系统结构的基本概念1

1.1.1计算机系统的层次结构1

1.1.2计算机系统结构、组成与实现3

1.1.3计算机系统结构的发展历程7

1.1.4计算机系统结构的分类14

1.2影响计算机系统结构的因素16

1.2.1应用对计算机系统结构的影响16

1.2.2算法对计算机系统结构发展的影响17

1.2.3软件对计算机系统结构的影响18

1.2.4器件对计算机系统结构发展的影响20

1.3计算机系统性能分析与系统结构的评价标准21

1.3.1计算机性能的分析与评价21

1.3.2系统结构的评测标准22

1.4定量分析技术基础25

1.4.1大概率事件优先原则25

1.4.2 Amdahl定律26

1.4.3 CPU性能公式27

1.4.4程序的局部性原理30

1.5本章小结30

习题131

第2章 现代计算机组成33

2.1中央处理机34

2.1.1 CPU的组成34

2.1.2数据表示35

2.1.3寻址方式概述36

2.2存储系统37

2.2.1存储系统概述38

2.2.2存储系统的层次结构39

2.2.3并行存储器41

2.2.4程序访问的局部性43

2.3输入输出系统44

2.3.1输入系统45

2.3.2输出系统46

2.3.3通道处理机和I／O处理机47

2.4总线49

2.4.1总线系统概述50

2.4.2总线基本工作原理51

2.4.3设备的连接52

2.4.4 CPU和I／O处理的匹配52

2.5本章小结53

习题254

第3章 数据表示与指令系统设计55

3.1数据表示55

3.1.1数据表示与数据结构55

3.1.2定点数据表示56

3.1.3浮点数据表示57

3.1.4自定义数据表示61

3.2寻址技术65

3.2.1编址方式65

3.2.2常用寻址方式65

3.2.3寻址技术在指令中的指明68

3.2.4定位方式68

3.3指令格式的优化设计68

3.3.1指令格式的组成69

3.3.2操作码的优化69

3.3.3地址码优化设计73

3.3.4指令格式优化设计方法75

3.3.5 DLX指令格式设计76

3.4指令系统的功能设计78

3.4.1指令系统的发展78

3.4.2复杂指令系统79

3.4.3精简指令系统82

3.5本章小结85

习题385

第4章 存储系统87

4.1存储系统的技术指标87

4.1.1存储系统的基本要求87

4.1.2存储系统的性能指标88

4.2虚拟存储器89

4.2.1虚拟存储器的原理89

4.2.2虚拟存储器的管理方式91

4.2.3加快地址变换的方法97

4.2.4页面替换算法101

4.2.5堆栈型替换算法104

4.2.6虚拟存储器的性能分析106

4.3高速缓冲存储器109

4.3.1基本结构和工作原理110

4.3.2地址映像及变换方式111

4.3.3替换算法119

4.3.4 Cache性能分析123

4.3.5提高Cache性能的方法127

4.4 Cache—主存—辅存三级存储系统128

4.4.1三级存储系统的组织方式128

4.4.2虚拟地址Cache130

4.5存储系统实例131

4.5.1主存保护131

4.5.2主存保护实例134

4.6本章小结134

习题4135

第5章 输入输出系统139

5.1输入输出工作原理139

5.1.1输入输出系统的特点139

5.1.2输入输出系统的组织方式140

5.1.3基本输入输出方式141

5.2总线系统145

5.2.1总线的分类145

5.2.2总线结构的特点147

5.2.3总线仲裁148

5.2.4总线的控制方式148

5.2.5总线的通信方式150

5.2.6总线标准及发展152

5.2.7总线的指标154

5.3中断系统155

5.3.1中断源155

5.3.2中断优先级156

5.3.3中断处理过程157

5.3.4中断系统的软硬功能分配159

5.3.5中断屏蔽161

5.4通道处理机163

5.4.1通道的工作过程164

5.4.2通道的种类及相应的数据宽度、数据传送过程166

5.4.3通道的流量分析169

5.5输入输出处理机171

5.5.1输入输出处理机的特点172

5.5.2输入输出处理机的种类172

5.6本章小结173

习题5173

第6章 流水线技术178

6.1指令重叠与先行控制178

6.1.1重叠方式178

6.1.2先行控制方式的结构180

6.1.3先行控制方式的原理182

6.2流水线处理机183

6.2.1流水线工作原理183

6.2.2流水线的分类185

6.2.3流水线的性能分析186

6.3标量流水线处理机中的相关195

6.3.1资源相关195

6.3.2数据相关196

6.3.3控制相关200

6.4非线性流水线的调度技术207

6.4.1非线性流水线的表示207

6.4.2非线性流水线的调度209

6.5多指令流水线技术212

6.5.1超标量处理机212

6.5.2超流水线处理机215

6.5.3超标量超流水线处理机216

6.5.4超长指令字（VLIW）处理机216

6.6向量处理机218

6.6.1向量处理方式218

6.6.2向量处理机结构219

6.6.3向量计算机实例分析222

6.7本章小结226

习题6227

第7章 并行处理机技术231

7.1互连网络231

7.1.1互连函数231

7.1.2互连网络的性能和特征234

7.1.3静态互连网络235

7.1.4动态互连网络238

7.2 SIMD计算机244

7.2.1 SIMD计算机模型与特点244

7.2.2 SIMD计算机结构245

7.2.3 SIMD计算机实例247

7.2.4 SIMD处理机的算法举例253

7.3 MIMD计算机256

7.3.1 MIMD计算机结构256

7.3.2 MIMD计算机的特点257

7.3.3多处理机的Cache一致性259

7.4本章小结266

习题7267

第8章 计算机系统结构进展269

8.1计算机系统结构新发展概述269

8.1.1片上系统270

8.1.2网格化的高性能计算机系统结构274

8.2新一代处理器体系结构280

8.2.1多核处理器技术281

8.2.2同构多核处理器架构284

8.2.3异构多核处理器290

8.2.4新一代处理器体系结构的研究趋势294

8.3几种专用的计算机系统结构介绍299

8.3.1脉动阵列机300

8.3.2数据流计算机305

8.3.3归约机315

8.3.4人工智能计算机320

8.4本章小结333

习题8334

参考文献335