计算机系统结构

第1章 基础知识

1. 1 计算机系统层次结构

1. 1. 1 按功能划分的多级层次结构

1. 1. 2 按功能划分层次的好处

1. 2 计算机系统结构

1. 3 计算机组成

1. 4 计算机实现

1. 5 计算机性能

1. 5. 1 性能因子CPI

1. 5. 2 计算机性能常用指标MIPS和MFLOPS

1. 5. 3 计算机系统结构的性能评价标准

1. 5. 4 计算机系统设计的定量原理

1. 6 计算机系统结构的分类

1. 6. 1 Flynn分类法

1. 6. 2 冯氏分类法

习题1

第2章 指令系统

2. 1 指令格式的优化

2. 1. 1 操作码的优化表示

2. 1. 2 指令字格式的优化

2. 2 CISC

2. 2. 1 CISC的发展

2. 2. 2 CISC的特点

2. 3 RISC

2. 3. 1 RISC结构采用的基本技术

2. 3. 2 经典CISC和纯RISC处理器体系结构的比较

2. 3. 3 退耦CISC/RISC体系结构

2. 4 后RISC

2. 4. 1 后RISC特征

2. 4. 2 几种后RISC机器的比较

习题2

第3章 存储系统设计

3. 1 存储系统原理

3. 1. 1 基本概念

3. 1. 2 多级存储层次

3. 1. 3 存储系统的性能参数

3. 2 交叉访问存储器

3. 2. 1 主存系统的类型

3. 2. 2 高位交叉访问存储器

3. 2. 3 低位交叉访问存储器

3. 2. 4 拓宽存储器频宽的方法

3. 3 页式虚拟存储器

3. 3. 1 虚拟存储器的工作原理

3. 3. 2 虚拟存储器的地址映像与变换

3. 3. 3 页面替换算法及其实现

3. 3. 4 提高虚拟存储器等效访问速度的措施

3. 3. 5 影响主存命中率的某些因素

3. 4 Cache存储器

3. 4. 1 Cache存储器的工作原理

3. 4. 2 Cache存储器的地址映像与变换

3. 4. 3 Cache替换算法及其实现

3. 4. 4 Cache的透明性分析

3. 4. 5 Cache的取算法

3. 4. 6 影响Cache存储器性能的因素

3. 4. 7 物理Cache与虚拟Cache

习题3

第4章 流水线计算机设计技术

4. 1 流水线的工作原理、特点及分类

4. 1. 1 流水线的工作原理

4. 1. 2 流水线的特点

4. 1. 3 流水线的分类

4. 2 相关问题及解决方法

4. 2. 1 资源相关

4. 2. 2 数据相关

4. 2. 3 控制相关

4. 3 线性流水线性能分析

4. 3. 1 吞吐率和加速比

4. 3. 2 效率

4. 4 线性流水线性能分析举例

4. 5 非线性流水线的调度技术

4. 5. 1 非线性流水线的基本概念

4. 5. 2 无冲突调度方法

4. 5. 3 优化调度方法

4. 6 先进的流水技术：动态调度

4. 6. 1 流水的集中式动态调度：记分板机制

4. 6. 2 流水的分布式动态调度：Tomasulo方法

4. 7 转移预测技术

4. 7. 1 转移的影响

4. 7. 2 转移预测技术

4. 7. 3 转移目标缓冲器

4. 8 超标量处理机和VLIW体系结构

4. 8. 1 超标量处理机

4. 8. 2 VLIW体系结构

4. 9 超流水线处理机

4. 10 超标量超流水线处理机

习题4

第5章 并行处理技术

5. 1 计算机系统结构中并行性的发展

5. 1. 1 并行性的基本概念

5. 1. 2 实现并行性技术的途径

5. 1. 3 计算机系统结构中并行性的发展

5. 2 SIMD并行处理机

5. 2. 1 SIMD并行处理机的基本结构与特点

5. 2. 2 阵列处理机ILLIAC Ⅳ的处理单元阵列结构

5. 2. 3 阵列处理机的并行算法

5. 3 SIMD计算机的互连网络

5. 3. 1 互连网络的设计准则

5. 3. 2 互连函数的表示

5. 3. 3 单级互连网络

5. 4 网络特性

5. 4. 1 结点度和网络直径

5. 4. 2 聚集带宽和等分带宽

5. 4. 3 数据寻径功能

5. 5 静态网络

5. 5. 1 静态网络的拓扑结构

5. 5. 2 k元n?立方体网络

5. 6 动态网络

5. 6. 1 总线互连方式

5. 6. 2 交叉开关互连方式

5. 6. 3 多级网络互连方式

5. 6. 4 蝶式网络

5. 6. 5 组合网络

习题5

第6章 向量处理机

6. 1 向量处理的基本概念

6. 1. 1 向量流水处理的主要特点

6. 1. 2 向量处理机的基本系统结构

6. 1. 3 向量的处理方式

6. 2 一般的向量处理机

6. 2. 1 寄存器组

6. 2. 2 多个单功能流水部件

6. 2. 3 运算流水线

6. 3 提高向量处理性能的常用技术

6. 3. 1 多功能部件的并行操作

6. 3. 2 链接技术

6. 3. 3 条件语句和稀疏矩阵的加速处理方法

6. 3. 4 向量归约操作的加速方法

6. 4 向量处理的性能评价

6. 4. 1 向量流水处理的时间

6. 4. 2 与向量长度有关的向量流水处理机性能参数

6. 5 多向量多处理机

6. 5. 1 Cray Y?MP

6. 5. 2 C?90和机群

6. 5. 3 VP2000

6. 5. 4 VPP500

习题6

第7章 多处理机

7. 1 多处理机结构

7. 1. 1 多处理机的特点

7. 1. 2 多处理机的硬件结构

7. 1. 3 UMA、NUMA和NORMA模型

7. 2 多处理机的Cache一致性

7. 2. 1 Cache一致性问题的原因

7. 2. 2 监听一致性协议

7. 2. 3 MESI监听协议

7. 2. 4 基于目录的协议

7. 3 程序的划分和调度

7. 3. 1 粒度的组合和调度

7. 3. 2 静态多处理机调度

7. 4 多处理机性能模型

7. 4. 1 基本模型

7. 4. 2 N台处理机系统的基本模型

7. 4. 3 随机模型

7. 4. 4 通信开销为线性函数的模型

7. 4. 5 一个完全重叠通信的理想模型

7. 4. 6 一个具有多条通信链的模型

7. 5 并行计算机模型

7. 5. 1 语义属性

7. 5. 2 抽象机器模型

7. 5. 3 物理机器模型

习题7

第8章并行算法与并行编程基础

8. 1 并行算法的基础知识

8. 1. 1 并行算法的定义和分类

8. 1. 2 进程中的同构性

8. 1. 3 并行算法的表达

8. 1. 4 并行算法中的同步与通信

8. 2 同步技术

8. 2. 1 原子性

8. 2. 2 控制同步

8. 2. 3 数据同步

8. 2. 4 高级同步结构

8. 2. 5 低级同步原语

8. 3 并行性条件

8. 3. 1 程序的并行性分析

8. 3. 2 硬件并行性与软件并行性

8. 4 并行编程概述

8. 4. 1 并行编程概况

8. 4. 2 并行编程方法

8. 4. 3 并行算法范例

8. 5 并行编程模型

8. 5. 1 隐式并行性

8. 5. 2 显式并行模型

习题8

第9章 并行计算机系统结构新发展概述

9. 1 多线程技术

9. 1. 1 多线程处理器

9. 1. 2 同时多线程处理器

9. 1. 3 多线程处理器芯片实例

9. 2 单芯片多处理器技术

9. 2. 1 单芯片多处理器

9. 2. 2 单芯片多处理器芯片实例

9. 3 机群系统

9. 3. 1 机群体系结构

9. 3. 2 机群的分类

9. 3. 3 机群设计要考虑的问题

9. 3. 4 对机群可用性的支持

9. 4 网格计算

9. 4. 1 网格计算的定义

9. 4. 2 网格计算的特点

9. 4. 3 网格计算的体系结构

9. 4. 4 Globus Toolkit

9. 4. 5 网格计算系统的功能

9. 4. 6 网格计算的关键技术

9. 5 云计算

9. 5. 1 云计算的定义

9. 5. 2 云计算与网格计算的比较

9. 5. 3 Google的云计算平台

习题9

附录A 习题参考答案

参考文献

《卓越工程师培养计划十二五规划教材：计算机系统结构（第2版）》介绍了计算机系统结构的基本概念、设计原理和分析方法，以及有关的先进技术和最新的发展趋向。　　全书共分9章。第1章介绍计算机系统层次结构，计算机系统结构、组成、实现的定义及相互关系， 计算机性能，以及计算机系统结构的分类。第2章介绍指令格式的优化，以及 CISC、RISC、退耦CISC/RISC、后RISC的有关概念及其采用的相关技术。第3章介绍存储体系，页式虚拟存储器和Cache存储器。第4章介绍标量流水线技术，超标量超流水技术，VLIW体系结构，以及先进的流水线调度技术。第5章介绍并行处理技术，SIMD并行处理机及互连网络。第6章介绍向量的流水处理， 以及提高向量处理性能的常用技术。第7章介绍多处理机结构，多处理机Cache的一致性，多处理机性能模型，以及并行计算机模型。第8章主要介绍并行算法与并行编程的基础知识。第9章主要介绍并行计算机系统结构的新发展。　　本书内容丰富、取材先进，在阐述基本原理的基础上，力图给出设计方法和实例，以帮助读者更好地理解一些比较抽象的概念。每章均有一定数量的例题和习题，书后附有习题的参考答案。本书免费提供配套电子课件，请登录华信教育资源网下载。本书可作为高等学校计算机专业本科教材，也可作为计算机相关专业研究生教材或科技人员的参考书。