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第1章　计算机系统结构导论1

1.1　计算机系统的基本概念1

1.2　计算机系统的发展1

1.2.1　冯·诺依曼体系结构的特点2

1.2.2　器件发展对系统结构的影响3

1.2.3　应用对系统结构的影响5

1.2.4　算法对系统结构的影响6

1.2.5　价格对系统结构的影响7

1.2.6　现代计算机系统的分类和发展过程8

1.3　计算机系统的功能和结构8

1.3.1　计算机系统的层次结构8

1.3.2　计算机系统结构定义11

1.3.3　计算机组成与实现12

1.3.4　计算机系统结构、组成和实现三者的关系12

1.3.5　计算机系统的特性13

1.4　计算机系统设计的方法15

1.4.1 软、硬件取舍的基本原则15

1.4.2　计算机系统设计的定量原则16

1.4.3　计算机系统的设计任务19

1.4.4　计算机系统的设计步骤20

1.5　现代计算机系统结构的研究领域21

1.5.1　计算机系统结构分类21

1.5.2　现代计算机系统结构研究方向24

1.5.3　计算机系统结构发展趋势25

第2章　计算机系统结构的合成29

2.1　中央处理器29

2.1.1　CPU组成29

2.1.2　数据表示30

2.1.3　寻址方式分析36

2.1.4　指令优化38

2.2　总线结构40

2.2.1　总线的分类41

2.2.2　总线结构的特点41

2.2.3　总线通信方式41

2.2.4　总线仲裁45

2.2.5　总线标准47

2.3　存储系统概述54

2.3.1　存储器容量、速度与价格的关系55

2.3.2　存储系统的层次结构56

2.3.3　存储系统的性能参数58

2.3.4　程序访问的局部性60

2.4　输入／输出系统62

2.4.1　输入系统62

2.4.2　输出系统63

2.4.3　中断系统65

2.4.4　通道处理机和I/O处理机67

第3章　存储系统结构74

3.1　地址映像与变换74

3.1.1　程序的定位74

3.1.2　全相联映像及其变换79

3.1.3　直接映像及其变换80

3.1.4　组相联映像及其变换81

3.1.5　段相联映像及其变换82

3.1.6　位选择组相联映像及其变换85

3.1.7　对标志表的分析86

3.1.8　散列概念在地址变换中的应用86

3.2　替换算法及其实现88

3.2.1　替换算法的分析88

3.2.2　LRU替换算法的实现91

3.3　并行主存系统94

3.3.1　并行主存系统频宽分析94

3.3.2　单体多字存储器96

3.3.3　多体交叉存储器96

3.3.4　并行主存系统98

3.4　高速缓冲存储器（Cache）101

3.4.1　Cache基本结构和工作原理101

3.4.2　Cache的替换算法分析103

3.4.3　Cache的透明性105

3.4.4　任务切换对失效率的影响106

3.4.5　多处理机系统的Cache结构106

3.4.6 “Cache-主存”层次性能分析107

3.4.7　Cache性能计算109

3.5　虚拟存储器114

3.5.1 虚拟存储器基本结构和工作原理114

3.5.2　虚地址和辅存实地址的变换115

3.5.3 多用户虚拟存储器116

3.5.4　加快地址变换的方法120

3.5.5　虚拟存储器性能分析122

3.6　主存保护与控制125

3.6.1　主存保护125

3.6.2　主存控制部件128

3.6.3　磁盘冗余阵列129

第4章 流水线结构133

4.1　流水线结构原理133

4.1.1　重叠方式133

4.1.2　先行控制136

4.1.3　流水线处理机138

4.2　线性流水线技术指标142

4.2.1　吞吐率142

4.2.2　加速比143

4.2.3　效率143

4.2.4　流水线段数选择144

4.3　非线性流水线处理机147

4.3.1　预约表和等待时间分析147

4.3.2　无冲突调度150

4.3.3　流水线调度优化152

4.4　流水线相关处理154

4.4.1　局部相关及处理154

4.4.2　全局相关及处理156

4.4.3　流水线中断处理156

4.5　向量的流水处理和向量处理机156

4.5.1 向量处理基本概念156

4.5.2　向量处理机的结构159

4.5.3　提高向量处理机性能的方法162

4.5.4　向量处理机的技术指标167

4.5.5　多向量多处理机概述170

4.6　超级流水处理机177

4.6.1　超标量处理机177

4.6.2　超流水线处理机181

4.6.3　超长指令字处理机182

4.6.4　超标量超流水VLIW处理机186

4.6.5　P6微结构191

第5章　并行处理机194

5.1　系统结构中的并行性概念194

5.1.1　并行性概念194

5.1.2　并行处理的发展195

5.2　并行处理机基本结构199

5.2.1　分布式存储器结构200

5.2.2　共享式存储器结构201

5.2.3　并行处理机特点202

5.3　并行处理机互连网络203

5.3.1　互连网络基本概念203

5.3.2　单级互连函数204

5.3.3　互连网络特性209

5.3.4　静态互连网络211

5.3.5　动态互连网络215

5.3.6　多级互连网络217

5.3.7　互连网络寻径227

5.4　阵列处理机232

5.4.1　阵列处理机结构233

5.4.2　阵列处理机算法237

5.4.3 阵列处理机举例239

5.5　相联处理机249

5.5.1　相联处理机结构249

5.5.2　相联检索算法251

5.5.3　相联处理机举例253

第6章　多处理机系统256

6.1　多处理机的概念256

6.1.1　多处理机系统的定义256

6.1.2　多重处理对处理机特性的要求257

6.2　多处理机结构258

6.2.1 多处理机的基本结构258

6.2.2　多处理机的互连网络259

6.2.3　多处理机系统的存储器结构266

6.2.4　多处理机系统的特点268

6.3　多处理机的软件270

6.3.1　算术表达式的并行算法270

6.3.2　程序并行性分析271

6.3.3　并行程序语言272

6.3.4　多处理机的操作系统275

6.4　多处理机系统实例278

6.4.1　C＊m多处理机278

6.4.2　Cmmp多处理机280

第7章　RISC结构283

7.1　RISC结构概述283

7.1.1　传统计算机系统结构的设计思想283

7.1.2　RISC设计思想的产生283

7.1.3　RISC系统结构的特点285

7.1.4　RISC的定义286

7.1.5　关于CPI的讨论287

7.2　流水线结构287

7.3　指令调度289

7.4　Cache结构291

7.4.1　实地址Cache292

7.4.2　虚地址Cache294

7.4.3　多处理器的Cache一致性问题295

第8章　分布计算环境结构298

8.1　分布计算环境的发展298

8.2　客户-服务器结构298

8.2.1　客户-服务器结构的特点298

8.2.2　中间件的概念和特点299

8.3　开放式分布处理299

8.4　公共对象请求代理体系结构300

8.5　基于Web的分布计算301

8.5.1　Browser/Server结构301

8.5.2　基于Web的页面描述语言标准XML302

第9章　数据流计算机结构304

9.1　数据流计算机的基本原理304

9.2　数据流计算机的指令304

9.2.1　数据流计算机指令的组成304

9.2.2　数据流计算机指令的执行305

9.3　数据流计算机结构306

9.3.1　静态数据流计算机模型及其结构306

9.3.2　动态数据流计算机模型及其结构307

9.3.3　静态与动态两种数据流计算机的比较308

9.4　数据流程序图和数据流语言309

9.4.1　数据流程序图309

9.4.2　数据流语言及其性质313

9.5　数据流计算机的评价316

9.5.1 数据流计算机的优缺点316

9.5.2　数据流计算机需解决的问题316

第10章　软件对系统结构的影响318

10.1　操作系统的影响318

10.1.1　批量处理系统319

10.1.2　单用户交互式系统319

10.1.3　分时操作系统319

10.1.4　实时操作系统320

10.1.5　网络操作系统320

10.1.6　分布式操作系统320

10.2　语言发展的影响321

10.2.1　实现新层次的方法321

10.2.2　多层计算机的设计策略322

10.2.3　程序移植323

10.2.4 现代模型的研究方法——计算机仿真325

10.3　并行处理的影响327

10.3.1　并行计算机分类327

10.3.2　并行计算机性能327

10.3.3　并行处理技术中的基本问题327

10.3.4　并行算法的效率与并行机系统结构的关系329

10.4　面向对象程序设计的影响330

10.4.1　面向对象的程序设计331

10.4.2　基于面向对象程序设计语言的计算机系统结构332

10.5　软件的固化与硬化334

第11章　现代计算机系统结构的发展336

11.1　集群计算机系统结构336

11.1.1　集群计算机系统及其特点336

11.1.2　集群系统的通信软件和网络服务338

11.1.3　集群系统的资源管理和调度338

11.1.4　集群系统的单一系统映像338

11.1.5　集群系统的并行程序设计环境339

11.2　高性能计算机系统实例339

11.2.1 自强2000的体系结构339

11.2.2　自强2000的软件环境及其特点340

11.2.3　高性能计算应用举例341

11.2.4 “天河一号”的诞生341

11.3　网格技术342

11.3.1 网格技术的基本概念342

11.3.2　网格技术简介343

11.3.3　网格技术应用举例344

11.4　云计算345

11.4.1 云计算的定义346

11.4.2　云计算的一个典型例子346

11.4.3　云计算的特点346

11.4.4　云计算的一种实现举例347

11.5　性能评价和测量348

11.5.1　性能评价的标志348

11.5.2　性能的描述349

11.5.3　性能评价的对象349

11.5.4　性能评价的手段349

11.5.5　性能的评价350

11.5.6　性能评测标准举例350

参考文献351