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第1章 计算机系统结构导论1

1.1 计算机系统的层次结构1

1.2 计算机系统结构、组成与实现3

1.3 计算机系统结构的分类5

1.3.1 按“流”分类5

1.3.2 按“并行级”和“流水线”分类6

1.3.3 按“最大并行度”分类7

1.4 计算机系统的设计与实现8

1.4.1 计算机系统设计原则8

1.4.2 计算机系统的性能与价格11

1.4.3 计算机系统性能评测11

1.5 计算机系统结构的演变14

1.5.1 软件对计算机系统结构的影响15

1.5.2 应用需求对计算机系统结构的影响17

1.5.3 器件对计算机系统结构的影响18

1.5.4 算法对计算机系统结构的影响19

1.6 习题19

第2章 计算机系统结构22

2.1 中央处理器22

2.1.1 CPU的组成22

2.1.2 数据表示24

2.1.3 指令格式优化27

2.1.4 寻址方式31

2.2 总线结构33

2.2.1 总线的分类33

2.2.2 总线结构的特点34

2.2.3 总线通信方式35

2.2.4 总线仲裁37

2.2.5 总线标准39

2.3 I/O系统41

2.3.1 I/O方式42

2.3.2 中断系统44

2.4 通道处理机45

2.4.1 通道的作用和功能46

2.4.2 通道的工作过程46

2.4.3 通道的类型48

2.5 I/O处理机49

2.5.1 I/O处理机的作用49

2.5.2 I/O处理机的种类50

2.6 习题51

第3章 存储系统54

3.1 存储系统原理54

3.1.1 存储系统的定义54

3.1.2 存储系统的层次结构57

3.1.3 频带平衡58

3.1.4 存储器并行访问58

3.1.5 交叉访问存储器59

3.2 相联存储器62

3.3 高速缓冲存储器63

3.3.1 Cache的基本概念63

3.3.2 Cache的组成与工作原理63

3.3.3 地址映像与变换64

3.3.4 Cache置换策略与主存更新方法68

3.3.5 Cache一致性问题69

3.3.6 Cache系统的加速比70

3.3.7 微机Cache系统71

3.4 虚拟存储器72

3.4.1 存储器管理方式72

3.4.2 虚拟存储器的工作原理72

3.4.3 地址的映像与变换74

3.4.4 段式虚拟存储器75

3.4.5 页式虚拟存储器77

3.4.6 段页式虚拟存储器78

3.4.7 加快内部地址变换的方法80

3.4.8 页面替换算法82

3.4.9 提高主存命中率的方法85

3.4.10 微机的虚拟存储器87

3.5 存储器保护技术87

3.6 习题89

第4章 流水线技术92

4.1 系统结构中的并行性概念92

4.1.1 并行性概念92

4.1.2 并行处理的发展93

4.2 流水线结构原理95

4.2.1 一次重叠流水线95

4.2.2 流水技术原理98

4.2.3 流水线分类99

4.2.4 流水线性能的分析102

4.2.5 流水线中的主要障碍与控制105

4.2.6 非线性流水线调度109

4.3 向量处理技术111

4.3.1 向量的流水处理111

4.3.2 向量处理机113

4.4 指令级并行技术116

4.4.1 超标量处理机116

4.4.2 超长指令处理机117

4.4.3 超流水线处理机118

4.5 习题119

第5章 RISC结构计算机123

5.1 RISC技术概述123

5.1.1 CISC的主要问题123

5.1.2 RISC的定义及特点125

5.2 大寄存器组126

5.2.1 寄存器窗口126

5.2.2 寄存器组与Cache128

5.3 RISC流水线技术129

5.3.1 规整指令的流水线技术129

5.3.2 流水线优化130

5.4 RISC指令结构132

5.5 ARM处理器133

5.5.1 ARM 32位CPU起源133

5.5.2 ARM寄存器结构134

5.5.3 ARM指令系统135

5.5.4 ARM寻址方式135

5.6 习题137

第6章 多处理机系统138

6.1 多处理机系统结构138

6.1.1 紧耦合多处理机139

6.1.2 松耦合多处理机139

6.1.3 多处理机中Cache的一致性140

6.2 并行多处理机技术143

6.2.1 程序并行性分析143

6.2.2 并行程序设计语言145

6.2.3 多处理机操作系统151

6.2.4 多处理机调度策略154

6.3 向量处理机157

6.3.1 向量处理的基本概念157

6.3.2 向量处理机的结构158

6.3.3 向量处理机的性能评价160

6.4 互连网络结构161

6.4.1 互连网络分类161

6.4.2 单级互连网络163

6.4.3 基本循环互连网络和多级互连网络166

6.4.4 网络拓扑结构168

6.5 多处理机实例169

6.5.1 大规模并行处理机169

6.5.2 SMP共享存储型多处理机171

6.5.3 机群系统172

6.6 习题175

第7章 分布式系统结构178

7.1 分布式系统178

7.1.1 分布式系统的特点179

7.1.2 分布式系统的目标180

7.1.3 分布式系统的优缺点181

7.1.4 分布式系统的结构181

7.2 集群计算机系统182

7.2.1 集群系统的特点182

7.2.2 集群系统的分类183

7.2.3 集群系统的结构184

7.2.4 集群系统的构建技术186

7.2.5 集群系统的软件平台190

7.2.6 集群系统的任务调度方法191

7.2.7 集群系统的发展趋势192

7.3 网格技术193

7.3.1 网格体系结构195

7.3.2 五层沙漏体系结构196

7.3.3 开放网格服务体系结构197

7.3.4 Web服务资源框架200

7.3.5 网格技术的发展趋势202

7.4 习题203

第8章 非控制流计算机结构204

8.1 计算机驱动模型204

8.2 脉动阵列计算机205

8.2.1 脉动阵列结构原理206

8.2.2 脉动阵列结构及特点207

8.3 数据流计算机208

8.3.1 数据流计算机的工作原理208

8.3.2 数据流程序图和数据流语言210

8.3.3 数据流计算机结构213

8.3.4 数据流计算机的性能分析216

8.4 按需求驱动的归约机218

8.4.1 函数式程序设计语言218

8.4.2 函数式语言的归约机结构219

8.5 人工智能计算机221

8.5.1 人工智能计算特征222

8.5.2 人工智能计算机分类223

8.6 习题224

附录 习题答案225

参考文献278