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第1章 计算机系统结构的基本概念1

1．1　计算机系统结构的发展史1

1．2　计算机系统结构的定义3

1．2．1 计算机系统的层次结构3

1．2．2 计算机系统结构的内涵4

1．2．3 计算机系统的组成与实现5

1．3 计算机系统结构的类型7

1．3．1 按“流”分类7

1．3．2 按“并行级”和“流水线”分类9

1．3．3 冯氏分类法10

1．4 计算机系统性能分析11

1．4．1 定量分析法11

1．4．2 CPU性能分析12

1．4．3 MIPS与MFLOPS指标13

1．4．4 性能测试结果的统计与比较15

1．5 计算机系统结构的发展过程17

1．5．1 计算机系统结构的演变过程17

1．5．2 软件对计算机系统结构发展的影响19

1．5．3 应用需求对计算机系统结构发展的影响23

1．5．4 器件对计算机系统结构发展的影响23

1．5．5 算法对计算机系统结构发展的影响25

1．6 计算机系统的成本、性能与价格25

1．6．1 计算机系统的成本与价格25

1．6．2 计算机系统的性能与价格26

练习与思考27

第2章 数据的表示与指令系统设计30

2．1 数据类型与表示30

2．1．1 数据类型30

2．1．2 数据表示31

2．1．3 定点数与浮点数32

2．1．4 向量数据表示35

2．1．5 自定义数据表示37

2．2 指令系统设计39

2．2．1 指令系统的发展及其风格39

2．2．2 指令系统的设计要求与分类40

2．2．3 地址分配与寻址方式42

2．2．4 按内容寻址方式45

2．2．5 指令格式与优化设计47

2．2．6 指令系统结构举例52

2．3 CISC计算机和RISC计算机54

2．3．1 CISC计算机的特点54

2．3．2 RISC计算机的特点与风格55

2．3．3 CISC计算机和RISC计算机性能比较56

2．3．4 RISC计算机中的新技术59

2．3．5 RISC计算机指令系统实例分析62

练习与思考64

第3章 存储器体系结构65

3．1 概述65

3．1．1 存储器的层次结构65

3．1．2 基本概念与性能参数66

3．1．3 多体并行存储器68

3．1．4 磁盘阵列70

3．2 高速缓冲存储器（Cache）74

3．2．1 Cache的基本概念74

3．2．2 Cache的组成与工作原理74

3．2．3 地址映像与变换75

3．2．4 Cache置换策略与主存更新方法79

3．2．5 Cache性能分析84

3．3 虚拟存储器86

3．3．1 虚拟存储器的基本概念86

3．3．2 虚拟存储器的管理方式88

3．3．3 虚拟地址快速变换法93

3．3．4 置换策略94

3．3．5 虚拟存储器管理举例95

3．4 存储器保护措施98

练习与思考100

第4章 标量流水线技术102

4．1 概述102

4．1．1 控制流及其改变102

4．1．2 程序执行过程中的重叠操作与先行控制103

4．2 标量流水线工作原理106

4．2．1 标量流水线工作原理106

4．2．2 标量流水线分类107

4．2．3 流水线性能分析108

4．2．4 流水线中的主要障碍111

4．2．5 流水线的实现与控制118

4．2．6 流水线的动态调度120

4．3 指令级流水线124

4．3．1 指令级流水线概述124

4．3．2 超级标量流水线125

4．3．3 超长指令字127

4．3．4 展开循环体后调度130

4．3．5 软件流水法131

4．3．6 超级流水机举例132

练习与思考133

第5章 向量流水与向量处理机136

5．1 向量流水的概念与工作原理136

5．1．1 向量流水的概念与特点136

5．1．2 向量处理机的基本组成137

5．1．3 向量启动时间与结果流出时间138

5．1．4 向量操作长度控制与向量访问步长139

5．2 向量处理与增强向量处理性能的方法141

5．2．1 向量处理方法141

5．2．2 增强向量处理性能的方法142

5．3 向量处理性能的评价参数与评价方法147

5．3．1 机器向量长度与向量流水处理时间147

5．3．2 向量流水操作中处理时间及速率与向量长度的关系148

5．3．3 向量流水处理中与向量长度有关的参数149

5．4 向量化编译技术150

5．5 向量处理机举例151

5．5．1 多向量多处理机CRAY Y-MP 816151

5．5．2 C-90处理机152

练习与思考152

第6章 互连网络155

6．1 互连网络的基本概念155

6．1．1 互连网络的功能与特征155

6．1．2 互连函数158

6．2 静态互连网络161

6．2．1 静态互连网络结构161

6．2．2 静态互连网络特性164

6．3 动态互连网络165

6．3．1 总线互连方式165

6．3．2 交叉开关互连方式167

6．3．3 多级网络互连方式167

6．4 消息传送与控制174

6．4．1 消息寻径方式175

6．4．2 虚拟通道与死锁177

6．4．3 流控制策略178

练习与思考180

第7章 并行处理技术与阵列机原理182

7．1 并行处理技术182

7．1．1 并行处理的基本概念182

7．1．2 并行性的开发途径183

7．2 SIMD阵列机184

7．2．1 SIMD阵列机的基本结构184

7．2．2 阵列机并行算法186

7．2．3 SIMD阵列机的特点189

7．2．4 并行存储器无冲突访问190

7．2．5 典型SIMD阵列机举例192

7．3 脉动阵列机195

7．3．1 脉动阵列机的组成原理195

7．3．2 面向特定算法的脉动阵列机的结构形式197

7．3．3 通用脉动阵列机的结构199

练习与思考201

第8章 多处理机202

8．1 多处理机的基本结构与类型202

8．1．1 紧耦合多处理机202

8．1．2 松耦合多处理机204

8．1．3 多处理机中Cache的一致性206

8．2 并行多处理机技术207

8．2．1 程序并行性分析207

8．2．2 并行程序设计语言209

8．2．3 多处理机操作系统211

8．2．4 多处理机调度策略212

8．3 并行多处理机的发展趋势214

8．3．1 大规模并行处理机214

8．3．2 MPP机举例216

8．3．3 共享存储器型多处理机220

8．3．4 并行向量多处理机226

8．3．5 机群227

练习与思考232

第9章 计算机体系结构的发展234

9．1 数据流计算机234

9．1．1 数据驱动原理234

9．1．2 数据流计算机模型235

9．1．3 数据流程序图与数据流语言237

9．1．4 数据流计算机举例240

9．2 归约机244

9．2．1 归约方式244

9．2．2 函数式程序设计语言245

9．2．3 面向函数式程序设计语言的归约机247

9．3 人工智能计算机的研究与发展249

9．3．1 人工智能计算特征250

9．3．2 并行推理机251

9．3．3 数据库机与知识库机252

9．3．4 模糊控制器与人工神经网络258

练习与思考264

参考文献266