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第1章 计算机系统结构基础及并行性的开发1

1.1 计算机系统的层次结构1

1.2 计算机系统结构、计算机组成和计算机实现2

1.2.1 计算机系统结构的定义和内涵2

1.2.2 计算机组成和计算机实现的定义及内涵3

1.2.3 计算机系统结构、组成和实现的相互影响6

1.3 计算机系统的软、硬件取舍和性能评测及定量设计原理7

1.3.1 软、硬件取舍的基本原则7

1.3.2 计算机系统的性能评测及定量设计原理10

1.3.3 计算机系统设计的主要任务和方法14

1.4 软件、应用、器件的发展对系统结构的影响17

1.4.1 软件的发展对系统结构的影响17

1.4.2 应用的发展对系统结构的影响22

1.4.3 器件的发展对系统结构的影响24

1.5 系统结构中的并行性开发及计算机系统的分类26

1.5.1 并行性的概念和开发26

1.5.2 计算机系统的分类30

1.6 本章小结32

1.6.1 知识点和能力层次要求32

1.6.2 重点和难点32

习题133

第2章 数据表示、寻址方式与指令系统35

2.1 数据表示35

2.1.1 数据表示与数据结构35

2.1.2 高级数据表示36

2.1.3 引入数据表示的原则42

2.1.4 浮点数尾数基值大小和下溢处理方法的选择43

2.2 寻址方式51

2.2.1 寻址方式的三种面向51

2.2.2 寻址方式在指令中的指明51

2.2.3 程序在主存中的定位技术52

2.2.4 物理主存中信息的存储分布54

2.3 指令系统的设计和优化55

2.3.1 指令系统设计的基本原则55

2.3.2 指令操作码的优化57

2.3.3 指令字格式的优化60

2.4 指令系统的发展和改进64

2.4.1 两种途径和方向（CISC和RISC）64

2.4.2 按CISC方向发展和改进指令系统65

2.4.3 按RISC方向发展和改进指令系统70

2.5 本章小结78

2.5.1 知识点和能力层次要求78

2.5.2 重点和难点79

习题279

第3章 存储、中断、总线与输入／输出系统81

3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统81

3.1.1 存储系统的基本要求81

3.1.2 并行主存系统82

3.2 中断系统86

3.2.1 中断的分类和分级86

3.2.2 中断的响应次序与处理次序88

3.2.3 中断系统的软、硬件功能分配91

3.3 总线系统92

3.3.1 总线的分类93

3.3.2 总线的控制方式94

3.3.3 总线的通信技术96

3.3.4 数据宽度与总线线数97

3.4 输入／输出系统99

3.4.1 输入／输出系统概述99

3.4.2 通道处理机的工作原理和流量设计100

3.4.3 外围处理机107

3.5 本章小结108

3.5.1 知识点和能力层次要求108

3.5.2 重点和难点108

习题3109

第4章 存储体系112

4.1 基本概念112

4.1.1 存储体系及其分支112

4.1.2 存储体系的构成依据113

4.1.3 存储体系的性能参数114

4.2 虚拟存储器115

4.2.1 虚拟存储器的管理方式115

4.2.2 页式虚拟存储器的构成120

4.2.3 页式虚拟存储器实现中的问题129

4.3 高速缓冲存储器135

4.3.1 工作原理和基本结构135

4.3.2 地址的映像与变换137

4.3.3 Cache存储器的LRU替换算法的硬件实现143

4.3.4 Cache存储器的透明性及性能分析144

4.4 三级存储体系149

4.4.1 物理地址Cache149

4.4.2 虚地址Cache149

4.4.3 全Cache技术151

4.5 存储系统的保护151

4.6 本章小结154

4.6.1 知识点和能力层次要求154

4.6.2 重点和难点155

习题4155

第5章 标量处理机160

5.1 重叠方式160

5.1.1 重叠原理与一次重叠160

5.1.2 相关处理163

5.2 流水方式168

5.2.1 基本概念168

5.2.2 标量流水线的主要性能173

5.2.3 标量流水机的相关处理和控制机构177

5.3 指令级高度并行的超级处理机189

5.3.1 超标量处理机190

5.3.2 超长指令字处理机191

5.3.3 超流水线处理机192

5.3.4 超标量超流水线处理机193

5.4 本章小结194

5.4.1 知识点和能力层次要求194

5.4.2 重点和难点194

习题5195

第6章 向量处理机198

6.1 向量的流水处理和向量流水处理机198

6.1.1 向量的处理和向量的流水处理198

6.1.2 向量流水处理机的结构举例199

6.1.3 通过并行、链接提高性能201

6.1.4 提高向量流水处理速度的其他办法203

6.2 阵列处理机的原理206

6.2.1 阵列处理机的构形和特点206

6.2.2 ILLIAC Ⅳ的处理单元阵列结构209

6.2.3 ILLIAC Ⅳ的并行算法举例209

6.3 SIMD计算机的互连网络213

6.3.1 互连网络的设计目标与互连函数213

6.3.2 互连网络应抉择的几个问题214

6.3.3 基本的单级互连网络215

6.3.4 基本的多级互连网络218

6.3.5 全排列网络226

6.4 共享主存构形的阵列处理机中并行存储器的无冲突访问227

6.5 脉动阵列流水处理机229

6.5.1 脉动阵列结构的原理229

6.5.2 通用脉动阵列结构231

6.6 本章小结233

6.6.1 知识点和能力层次要求233

6.6.2 重点和难点233

习题6234

第7章 多处理机237

7.1 多处理机的概念、问题和硬件结构237

7.1.1 多处理机的基本概念和要解决的技术问题237

7.1.2 多处理机的硬件结构238

7.2 紧耦合多处理机多Cache的一致性问题250

7.2.1 多Cache的一致性问题的产生250

7.2.2 多Cache的一致性问题的解决办法250

7.3 多处理机的并行性和性能252

7.3.1 并行算法252

7.3.2 程序并行性分析254

7.3.3 并行语言与并行编译256

7.3.4 多处理机的性能261

7.4 多处理机的操作系统262

7.4.1 主从型操作系统262

7.4.2 各自独立型操作系统263

7.4.3 浮动型操作系统264

7.5 多处理机的发展264

7.5.1 分布式共享存储器多处理机264

7.5.2 对称多处理机265

7.5.3 多向量多处理机265

7.5.4 并行向量处理机266

7.5.5 大规模并行处理机266

7.5.6 机群系统267

7.6 本章小结268

7.6.1 知识点和能力层次要求268

7.6.2 重点和难点269

习题7269

第8章 数据流计算机和归约机272

8.1 数据流计算机272

8.1.1 数据驱动的概念272

8.1.2 数据流程序图和语言274

8.1.3 数据流计算机的结构279

8.1.4 数据流计算机存在的问题280

8.1.5 数据流计算机的进展280

8.2 归约机281

8.3 本章小结283

8.3.1 知识点和能力层次要求283

8.3.2 重点和难点283

习题8283

附录 习题参考答案285

参考文献329