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第1章　计算机系统结构的基础1

1.1　计算机的发展及其分类1

1.1.1　计算机的发展1

1.1.2　计算机的分类2

1.2　计算机系统结构的概念5

1.2.1　计算机系统的层次结构5

1.2.2　计算机系统结构的定义6

1.2.3　计算机系统设计的主要方法9

1.3　计算机系统的评价标准10

1.3.1　计算机系统设计的定量分析原理10

1.3.2　计算机系统的评价17

1.4　器件、软件、应用对计算机系统结构的影响20

1.4.1　计算机系统结构的演变20

1.4.2　器件对计算机系统结构的影响22

1.4.3　软件对系统结构的影响23

1.4.4　应用对系统结构的影响25

1.5　计算机系统结构的分类26

1.5.1　弗林分类法26

1.5.2　其他分类法27

本章小结28

习题129

第2章　计算机指令系统32

2.1　数据类型32

2.1.1　数据类型32

2.1.2　数据表示与数据结构32

2.1.3　浮点数据表示33

2.1.4　自定义数据表示38

2.1.5　其他数据表示41

2.1.6　引入数据表示的原则44

2.2　寻址技术45

2.2.1　编址方式45

2.2.2　寻址方式48

2.2.3　程序装入与定位方式49

2.3　指令系统的设计51

2.3.1　指令格式的优化设计51

2.3.2　指令功能的设计56

2.4　指令系统的改进57

2.4.1　复杂指令系统（CISC）57

2.4.2　精简指令系统（RISC）59

2.4.3　指令系统的优化发展方向62

本章小结63

习题264

第3章　存储系统66

3.1　存储系统原理66

3.1.1　存储系统的概念66

3.1.2　存储器的层次结构68

3.2　虚拟存储系统68

3.2.1　虚拟存储器的地址映像和地址变换69

3.2.2　页面替换算法74

3.2.3　提高主存命中率的方法77

3.3　高速缓冲存储器79

3.3.1　Cache存储器的基本工作原理79

3.3.2　Cache的一致性及性能分析85

3.3.3　11种先进的Cache性能优化方法87

3.4　三级存储系统90

3.5　并行存储器91

3.5.1　存储器的频带平衡91

3.5.2　并行存储器91

3.6　RAID系统96

3.7　存储域网络99

本章小结100

习题3102

第4章　输入／输出系统106

4.1　输入／输出系统概述106

4.1.1　输入／输出系统的特点106

4.1.2　基本的输入／输出方式107

4.2　输入／输出总线108

4.2.1　总线概述108

4.2.2　输入／输出总线的设计110

4.3　I/O处理机113

4.3.1　通道113

4.3.2　外围处理机115

本章小结117

习题4117

第5章　流水线技术与向量处理技术119

5.1　流水线基础119

5.1.1　指令的重叠执行119

5.1.2　RISC对流水线技术的支持121

5.1.3　先行控制技术125

5.2　流水线技术135

5.2.1　流水线工作原理135

5.2.2　流水线的分类137

5.2.3　流水线的主要性能及其分析140

5.3　流水线的相关性分析及处理151

5.3.1　局部相关及处理151

5.3.2　全局相关及处理153

5.4　向量的流水线处理与向量流水线处理机156

5.4.1 向量处理方式156

5.4.2　向量流水线处理机158

5.4.3　提高向量流水线处理机性能的常用技术160

本章小结162

习题5164

第6章　并行处理机168

6.1　阵列处理机168

6.1.1　SIMD计算机的基本概念和模型168

6.1.2　阵列处理机的特点169

6.2　阵列机中并行存储器的无冲突访问170

6.3　相联处理机172

6.3.1　相联处理机和相联存储器172

6.3.2　相联存储器的基本组成和工作原理173

6.3.3　相联检索算法174

6.4　脉动阵列机176

6.4.1　脉动阵列机的结构原理176

6.4.2　通用脉动阵列机的发展178

6.5　互联网络178

6.5.1　静态互联网络178

6.5.2　动态互联网络183

6.5.3　互联网络的通信问题187

6.6　超标量流水线和超级流水线190

6.6.1　超标量处理机190

6.6.2　超流水线处理机192

6.6.3　超标量超流水线处理机193

6.7　超长指令字处理机195

本章小结196

习题6198

第7章　PC的系统结构199

7.1　PC的发展回顾199

7.1.1　PC发展的简单回顾199

7.1.2　影响PC处理器发展的两个重大事件204

7.2　Intel Core微架构205

7.3　AMD 64处理器架构209

7.4　主板芯片组211

7.4.1　主板芯片组的概念211

7.4.2　前端总线213

7.5　未来PC处理器的发展方向214

本章小结215

习题7215

第8章　多处理器系统216

8.1　指令级并行性的限制和超线程技术216

8.1.1　指令级并行性的限制216

8.1.2　超线程技术217

8.1.3　限制单处理器发展的其他主要因素218

8.2　多处理器构成的系统结构219

8.2.1 多核处理器结构219

8.2.2　多处理器结构221

8.2.3　多处理器并行处理定量分析和所遇到的问题225

8.3 多处理器的Cache一致性227

8.3.1　对称式共享存储器系统和多处理器的Cache一致性227

8.3.2　分布式共享存储器系统和基于目录的Cache一致性231

8.4　多处理器系统的同步机制234

8.4.1　基本硬件原语234

8.4.2　同步机制的实现236

8.4.3　多线程同步机制带来的问题239

8.5　集群系统240

8.5.1　集群系统及其特点240

8.5.2　集群系统的关键技术243

8.6　多处理器系统的程序并行性246

8.6.1　程序的并行性挖掘246

8.6.2　支持并行程序的软件工具251

8.7　曙光5000超级计算机254

本章小结255

习题8257

第9章　DLX虚拟处理器及其实验258

9.1　WinDLX虚拟处理器概述258

9.2　WinDLX虚拟处理器的指令系统259

9.2.1　DLX指令集结构259

9.2.2　DLX指令集262

9.3　WinDLX汇编265

9.3.1　数据定义及存储器分配265

9.3.2　陷入操作267

9.4　WinDLX的流水线结构269

9.4.1　WinDLX的基本结构270

9.4.2　引入流水线操作的DLX处理器272

9.4.3　DLX基本流水线面临的问题分析275

9.5　WinDLX虚拟处理器上机操作287

9.5.1　WinDLX的启动和配置287

9.5.2　装载测试程序288

9.5.3　模拟运行程序291

实验1　熟悉WinDLX的使用298

实验2　DLX流水线结构相关300

实验3　DLX流水线数据相关301

实验4　DLX流水线指令调度303

参考文献308