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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1

1.1.1计算机系统的层次结构4

1.1.2计算机系统结构概念4

1.1.3计算机系统结构分类4

1.1.4计算机系统结构、组成与实现7

1.2计算机系统设计9

1.2.1计算机系统的设计原理9

1.2.2计算机系统的设计原则11

1.2.3计算机系统的设计思路12

1.3计算机性能评价指标12

1.4计算机系统结构的发展15

1.4.1冯·诺依曼结构15

1.4.2影响计算机系统结构发展的因素17

本章小结21

习题1 22

第2章 指令系统26

2.1数据表示26

2.1.1基本数据表示26

2.1.2浮点数据表示27

2.1.3自定义数据表示28

2.1.4向量数据表示32

2.2指令系统设计原则33

2.2.1指令系统的指令编码方法34

2.2.2寻址技术34

2.2.3指令集结构36

2.3指令系统优化38

2.3.1操作码的优化38

2.3.2指令系统的执行和优化41

2.4精简指令系统计算机46

2.4.1 CISC的设计思想与问题47

2.4.2 RISC的设计思想起源47

2.4.3 RISC结构设计原则48

2.4.4 RISC结构的基本技术49

2.4.5 RISC计算机举例52

2.4.6 RISC计算机的发展56

2.5 DLX指令集结构57

本章小结59

习题2 59

第3章 存储系统61

3.1存储系统基本原理61

3.1.1存储系统的定义61

3.1.2存储系统的层次结构63

3.1.3多体交叉访问存储器64

3.2高速缓冲存储器68

3.2.1高速缓冲存储器的基本结构与工作原理69

3.2.2地址映像与转换70

3.2.3替换算法及实现77

3.2.4 cache的预取算法81

3.2.5 cache的一致性问题81

3.2.6 cache性能分析83

3.2.7 cache的实用举例85

3.3虚拟存储器87

3.3.1虚拟存储器的工作原理88

3.3.2虚拟存储器的管理方式89

3.3.3虚拟存储器的地址映像与变换91

3.3.4虚拟存储器实例94

3.4 cache与虚拟存储器的异同96

3.5主存保护97

3.5.1存储区域保护97

3.5.2访问方式保护99

3.5.3存储保护实例99

3.6存储器检错与纠错技术101

3.6.1奇偶校验101

3.6.2海明校验102

3.6.3循环校验码103

本章小结103

习题3 104

第4章 流水线技术110

4.1基本概念110

4.2流水线工作方式112

4.2.1流水线处理概念和特点112

4.2.2流水线的分级和分类114

4.2.3流水线举例115

4.3流水线性能分析120

4.3.1技术指标120

4.3.2流水线性能指标参数计算124

4.3.3时序和缓冲128

4.3.4相关处理128

4.3.5转移处理132

4.3.6流水中断处理134

4.4流水线调度135

4.4.1流水线调度方法135

4.4.2动态硬件预测转移方法140

4.5超级计算机141

4.5.1流水处理中指令并行性进一步开发141

4.5.2超级标量计算机141

4.5.3超长指令字计算机143

4.5.4超级流水计算机144

4.5.5超流水超标量计算机145

4.6向量流水处理146

4.6.1向量处理方式146

4.6.2向量处理机的结构147

4.6.3改进向量处理机性能的方法149

4.6.4向量处理机的性能153

4.7奔腾ⅡⅢ4处理器流水处理举例155

本章小结163

习题4163

第5章 并行处理机和多处理机168

5.1概述168

5.2并行处理技术与发展168

5.2.1并行处理技术的开发途径169

5.2.2并行处理技术发展170

5.3并行处理机结构173

5.4多处理机结构178

5.4.1紧耦合多处理机系统179

5.4.2松耦合多处理机系统181

5.5多处理机cache一致性182

5.5.1多处理机cache内容不一致的原因183

5.5.2解决多处理机cache不一致的方法184

5.6互连网络187

5.6.1互连网络的概念187

5.6.2互连网络的性能参数188

5.6.3互连网络拓扑结构190

5.6.4互连函数192

5.6.5单级互连网197

5.6.6多级互连网199

5.6.7互连网通信模式和消息传递203

5.7多处理机的操作系统208

5.7.1多处理机操作系统的特点208

5.7.2多处理机操作系统分类209

5.8多处理机系统实例211

5.8.1 SMP共享存储型多处理机211

5.8.2 MPP大规模并行处理机212

5.8.3机群系统215

5.8.4“曙光一号”共享存储并行处理机218

本章小结220

习题5 221

第6章 输入输出系统223

6.1概述223

6.1.1输入输出设备的分类223

6.1.2输入输出设备的特点224

6.2基本工作原理225

6.2.1输入输出系统的结构225

6.2.2输入输出系统的逻辑组成及工作原理226

6.2.3输入输出系统的工作方式227

6.3总线229

6.3.1总线工作原理230

6.3.2总线标准与实例231

6.4中断237

6.4.1中断基本概念237

6.4.2中断处理过程238

6.4.3中断优先级和嵌套239

6.5 DMA方式240

6.5.1 DMA方式的概念240

6.5.2 DMA的工作过程241

6.6通道处理机241

6.6.1通道的功能241

6.6.2通道的逻辑组成与工作过程243

6.6.3输入输出中断245

6.6.4通道的种类及流量分析245

6.7输入输出处理机251

6.7.1输入输出处理机的功能251

6.7.2输入输出处理机系统举例252

本章小结253

习题6 253

第7章MIPS体系结构257

7.1 MIPS的发展历程257

7.1.1 RISC与CISC 257

7.1.2 MIPS I到MIPS V257

7.1.3 MIPS32和MIPS64259

7.2 MIPS体系结构260

7.2.1 MIPS的指令格式260

7.2.2 MIPS与CISC体系结构的比较261

7.2.3编址和内存访问262

7.2.4 MIPS不支持的特性262

7.3 MIPS的缓存263

7.4 MIPS指令集265

7.4.1 MIPS汇编语言265

7.4.2 MIPS指令集266

本章小结285

习题7 286

第8章 多核技术287

8.1多核基本概念287

8.1.1多核技术发展趋势287

8.1.2多核概念287

8.1.3片上多核处理器体系结构290

8.2操作系统对多核处理器的支持方法295

8.2.1调度与中断295

8.2.2输入输出系统295

8.2.3存储管理296

8.2.4虚拟化技术297

8.2.5支持多核的操作系统299

8.3多线程技术300

8.3.1线程的定义300

8.3.2多线程定义301

8.3.3多线程技术示例302

8.4面向Intel公司多核处理器的多线程技术305

8.4.1基于硬件的多线程技术305

8.4.2超线程技术305

8.4.3多核体系结构306

8.5多核发展趋势308

本章小结309

习题8 309

第9章 非冯·诺依曼型计算机310

9.1数据流计算机310

9.1.1数据流计算机工作原理310

9.1.2数据流程序图和数据流语言312

9.1.3数据流计算机的性能分析316

9.1.4数据流计算机结构319

9.1.5数据流机器存在的问题323

9.2归约机323

9.2.1函数式程序设计语言324

9.2.2函数式语言的归约机结构324

9.3人工智能计算机327

9.3.1人工智能计算特征327

9.3.2人工智能计算机的结构328

9.3.3人工智能计算机分类329

9.4光计算机330

9.5神经网络计算机331

本章小结332

习题9 333

附录A DLX指令集334

附录B WinDLX教程340

参考文献346