计算机体系结构简明教程

第1章计算机系统简介（1）

1.1计算机组件与特征参数（1）

1.2程序的翻译和执行（5）

1.2.1C程序的翻译和执行（5）

1.2.2Java程序的翻译和执行（6）

1.3计算机系统层次结构（7）

1.4计算机系统性能评测（9）

1.4.1性能度量参数与均值（9）

1.4.2评测程序（11）

1.5量化设计原则（15）

1.6计算机分类（18）

习题1（19）

第2章指令集体系结构（26）

2.1数制和字符编码（26）

2.1.1数制（26）

2.1.2字符编码（28）

2.2指令功能（32）

2.2.1常用指令功能（32）

2.2.2寄存器（33）

2.2.3存储器（37）

2.2.4栈（39）

2.3数据类型（42）

2.3.1基础数据类型（42）

2.3.2数值数据类型（43）

2.3.3其他数据类型（44）

2.4寻址方式（46）

2.4.1立即寻址（46）

2.4.2寄存器寻址（46）

2.4.3直接寻址（46）

2.4.4寄存器间接寻址（47）

2.4.5相对基址寻址（48）

2.4.6相对变址寻址（48）

2.4.7基址变址寻址（49）

2.5指令格式（49）

2.5.1IA-32指令格式（49）

2.5.2MIPS32指令格式（51）

2.5.3指令格式小结（52）

2.6CISC和RISC（52）

习题2（54）

第3章处理器内部的并行技术（59）

3.1指令流水线（60）

3.1.1Intel486指令流水线（60）

3.1.2流水线性能（62）

3.2超标量技术（63）

3.2.1IntelPentium超标量流水线（64）

3.2.2旁路/定向技术（68）

3.2.3结构冲突（69）

3.2.4数据冲突（69）

3.2.5控制冲突（70）

3.3动态调度和推测执行（72）

3.3.1P6系列处理器微体系结构（73）

3.3.2寄存器重命名（76）

3.3.3保留站（77）

3.3.4乱序执行（77）

3.3.5按序提交（79）

3.4TraceCache技术（79）

3.4.1超流水技术（80）

3.4.2追踪高速缓存存储内容（82）

3.5VLIW和EPIC（83）

3.5.1C67xVLIW体系结构（84）

3.5.2ItaniumEPIC体系结构（86）

3.5.3循环展开和软件流水（88）

3.6线程级并行技术（90）

3.6.1标量处理器对多线程的支持（90）

3.6.2同时多线程（91）

3.6.3IntelHT技术（92）

3.6.4多核技术（96）

习题3（97）

第4章存储体系（104）

4.1存储资源的层次结构（104）

4.1.1存储层次的平均访问时间（105）

4.1.2存储体系的构建基础（106）

4.2Cache的组织及映像（106）

4.2.1Cache的基本组织（107）

4.2.2直接映像Cache（108）

4.2.3全相联映像Cache（109）

4.2.4组相联映像Cache（110）

4.2.5替换策略（111）

4.2.6写策略（112）

4.2.7Cache性能的影响因素（112）

4.3高级语言程序数据组织与访问的优化（113）

4.3.1数据结构的声明（114）

4.3.2针对访问性能的循环变换（114）

4.4虚拟存储器（116）

4.4.1虚拟空间的划分（116）

4.4.2虚地址到物理地址的转换（117）

4.4.3加快地址转换TLB（123）

4.5Cache和虚拟存储器的集成方式（125）

4.5.1PIPT（125）

4.5.2VIVT（126）

4.5.3VIPT（127）

4.6操作系统对虚拟存储器的管理（128）

4.6.1Linux对虚拟存储器的管理（128）

4.6.2Windows对虚拟存储器的管理（129）

习题4（132）

第5章数据存储技术（151）

5.1硬盘结构及数据组织（151）

5.1.1硬盘的物理结构（151）

5.1.2硬盘的数据组织（152）

5.1.3硬盘分区（153）

5.2磁盘阵列（153）

5.2.1RAID等级（154）

5.2.2磁盘阵列的应用配置（157）

习题5（160）

第6章计算机体系结构的发展（163）

6.1可扩展计算机（163）

6.2机群（164）

6.2.1机群系统的结构（165）

6.2.2机群系统的分类（167）

6.2.3机群系统的优点（167）

6.2.4PC机群结构（168）

6.3通信机制（169）

6.3.1网络拓扑结构（170）

6.3.2精简通信协议（170）

6.4PVM和MPI（173）

6.4.1PVM（174）

6.4.2MPI（177）

6.5网格（179）

6.5.1网格系统结构（180）

6.5.2网格特点（181）

6.5.3五层沙漏模型（182）

6.5.4OGSA（184）

6.5.5网格工具包（189）

6.5.6GT4（191）

6.6本章小结（193）

习题6（193）

术语和缩略语索引（194）

参考文献（202）

　　本书面向实际，适合少数时的教学、从具体、易于理解的问题出发，以简明的方式延伸到理论层面、深入浅出、帮助读者建立起计算机体系结构的基本概念、为后续课程和研究打下必要的基础。在讲述理论的同时，结合近年计算机的新进展做了适当的延伸，开读者的视野，章后习题的安排考虑对知识点的强调和运用，并融入与本课程相关的必要专业知识，帮助读者建立完整的知识结构。本书适合作为高等院校计算机科学与技术、软件工程、电子信息工程、嵌入式系统等专业方向的本科生教材，也可作为计算机工程技术人员的参考书。　　本书是北京市高等教育精品教材建设立项项目，共分6章，第1章简要介绍计算机的组成、体系结构的基本概念和新能评测参数等，第2～5章分别详细介绍了计算机指令集体系结构、处理器内部的并行技术、存储体系、数据存储技术，第6章介绍了计算机体系结构的发展。每章后配有习题，并为任课教师提供电子课件和习题解答。　　本书适合作为高等院校计算机科学与技术、软件工程、电子信息工程、嵌入式系统等专业方向的本科生教材，也可作为计算机工程技术人员的参考书。