计算机系统结构教程

出版说明

前言

第1章计算机系统结构导论

1.1计算机系统的层次结构

1.2计算机系统结构、组成与实现

1.3计算机系统结构的分类

1.3.1按“流”分类

1.3.2按“并行级”和“流水线”分类

1.3.3按“最大并行度”分类

1.4计算机系统的设计与实现

1.4.1计算机系统设计原则

1.4.2计算机系统的性能与价格

1.4.3计算机系统性能评测

1.5计算机系统结构的演变

1.5.1软件对计算机系统结构的影响

1.5.2应用需求对计算机系统结构的影响

1.5.3器件对计算机系统结构的影响

1.5.4算法对计算机系统结构的影响

1.6习题

第2章计算机系统结构

2.1中央处理器

2.1.1CPU的组成

2.1.2数据表示

2.1.3指令格式优化

2.1.4寻址方式

2.2总线结构

2.2.1总线的分类

2.2.2总线结构的特点

2.2.3总线通信方式

2.2.4总线仲裁

2.2.5总线标准

2.3I／O系统

2.3.1I／0方式

2.3.2中断系统

2.4通道处理机

2.4.1通道的作用和功能

2.4.2通道的工作过程

2.4.3通道的类型

2.5I／0处理机

2.5.1I／O处理机的作用

2.5.2I／O处理机的种类

2.6习题

第3章存储系统

3.1存储系统原理

3.1.1存储系统的定义

3.1.2存储系统的层次结构

3.1.3频带平衡

3.1.4存储器并行访问

3.1.5交叉访问存储器

3.2相联存储器

3.3高速缓冲存储器

3.3.1Cache的基本概念

3.3.2Cache的组成与工作原理

3.3.3地址映像与变换

3.3.4Cache置换策略与主存更新方法

3.3.5Cache一致性问题

3.3.6Cache系统的加速比

3.3.7微机Cache系统

3.4虚拟存储器

3.4.1存储器管理方式

3.4.2虚拟存储器的工作原理

3.4.3地址的映像与变换

3.4.4段式虚拟存储器

3.4.5页式虚拟存储器

3.4.6段页式虚拟存储器

3.4.7加快内部地址变换的方法

3.4.8页面替换算法

3.4.9提高主存命中率的方法

3.4.10微机的虚拟存储器

3.5存储器保护技术

3.6习题

第4章流水线技术

4.1系统结构中的并行性概念

4.1.1并行性概念

4.1.2并行处理的发展

4.2流水线结构原理

4.2.1一次重叠流水线

4.2.2流水技术原理

4.2.3流水线分类

4.2.4流水线性能的分析

4.2.5流水线中的主要障碍与控制

4.2.6非线性流水线调度

4.3向量处理技术

4.3.1向量的流水处理

4.3.2向量处理机

4.4指令级并行技术

4.4.1超标量处理机

4.4.2超长指令处理机

4.4.3超流水线处理机

4.5习题

第5章RISC结构计算机

5.1RISC技术概述

5.1.1CISC的主要问题

5.1.2RISC的定义及特点

5.2大寄存器组

5.2.1寄存器窗口

5.2.2寄存器组与Cache

5.3RISC流水线技术

5.3.1规整指令的流水线技术

5.3.2流水线优化

5.4RISC指令结构

5.5删处理器

5.5.1删32位CPU起源

5.5.2ARM寄存器结构

5.5.3删指令系统

5.5.4ARM寻址方式

5.6习题

第6章多处理机系统

6.1多处理机系统结构

6.1.1紧耦合多处理机

6.1.2松耦合多处理机

6.1.3多处理机中Cache的一致性

6.2并行多处理机技术

6.2.1程序并行性分析

6.2.2并行程序设计语言

6.2.3多处理机操作系统

6.2.4多处理机调度策略

6.3向量处理机

6.3.1向量处理的基本概念

6.3.2向量处理机的结构

6.3.3向量处理机的性能评价

6.4互连网络结构

6.4.1互连网络分类

6.4.2单级互连网络

6.4.3基本循环互连网络和多级互连网络

6.4.4网络拓扑结构

6.5多处理机实例

6.5.1大规模并行处理机

6.5.2SMP共享存储型多处理机

6.5.3机群系统

6.6习题

第7章分布式系统结构

7.1分布式系统

7.1.1分布式系统的特点

7.1.2分布式系统的目标

7.1.3分布式系统的优缺点

7.1.4分布式系统的结构

7.2集群计算机系统

7.2.1集群系统的特点

7.2.2集群系统的分类

7.2.3集群系统的结构

7.2.4集群系统的构建技术

7.2.5集群系统的软件平台

7.2.6集群系统的任务调度方法

7.2.7集群系统的发展趋势

7.3网格技术

7.3.1网格体系结构

7.3.2五层沙漏体系结构

7.3.3开放网格服务体系结构

7.3.4Web服务资源框架

7.3.5网格技术的发展趋势

7.4习题

第8章非控制流计算机结构

8.1计算机驱动模型

8.2脉动阵列计算机

8.2.1脉动阵列结构原理

8.2.2脉动阵列结构及特点

8.3数据流计算机

8.3.1数据流计算机的工作原理

8.3.2数据流程序图和数据流语言

8.3.3数据流计算机结构

8.3.4数据流计算机的性能分析

8.4按需求驱动的归约机

8.4.1函数式程序设计语言

8.4.2函数式语言的归约机结构

8.5人工智能计算机

8.5.1人工智能计算特征

8.5.2人工智能计算机分类

8.6习题

附录习题答案

参考文献

　　本书全面介绍了计算机系统结构的基本概念、工作原理、体系结构和系统分析方法。其主要内容有计算机系统结构的基本概念、指令系统、数据表示、存储系统、标量处理机、并行处理机、向量计算机、多处理机及互连网络和非控制流计算机等。　　本书力求知识结构完备、层次分明、概念清楚、内容简练，既能讲清基本理论，又能反映最新技术。通过增加应用实例，试图把理论教学与实际应用结合起来，以加深学生对理论知识的理解。　　本书可作为计算机及相关专业的教材和工程技术人员的参考用书。　　计算机系统结构是计算机科学与技术专业的核心课程，主要研究计算机的外部属性，即使用者所看到的物理计算机的抽象，以及计算机功能架构属性。本课程的目的是建立计算机系统的完整概念，学习计算机系统的分析方法和设计方法，掌握新型计算机系统的基本结构及其工作原理。本书全面介绍了计算机系统结构的基本概念、基本结构、存储系统、流水线技术、标量处理机、RISC技术和系统结构、多处理机系统及互连网络和非控制流计算机等内容。　　本书可作为计算机及相关专业的教材和工程技术人员的参考用书。