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目录 1

第1章　导论 1

1.1 计算机系统结构的基本概念 1

1.1.1 计算机系统的层次结构 1

1.1.2　计算机系统并行性的基本概念 6

1.2　计算机性能评测 9

1.2.1 计算机性能评测的作用与分级 10

1.2.2　计算机的基本性能指标 13

1.3　并行计算机的发展 19

1.3.1 支持并行计算机的技术进展 20

1.3.2　并行结构的发展 21

习题1 23

2.1.1　浮点数据表示 26

2.1 数据表示 26

第2章　指令系统 26

2.1.2　自定义数据表示 30

2.2　指令格式优化设计 32

2.2.1　操作码优化设计 32

2.2.2 寻址技术 36

2.2.3　指令字格式优化设计的措施 38

2.3　精简指令集计算技术 40

2.3.1 RISC的发展与特点 40

2.3.2　RISC的关键技术 44

习题2 48

第3章　流水技术与流水处理机 51

3.1　指令重叠与先行控制 51

3.1.1 指令的顺序执行方式与重叠执行方式 51

3.1.2　先行控制技术 52

3.2.1　流水线的分类与时空图 54

3.2　流水线的分类与性能 54

3.2.2　线性流水线的性能计算 58

3.3　非线性流水线的调度与性能计算 66

3.3.1 非线性流水线的最优调度方法与性能计算 66

3.3.2　非线性流水线最优调度的时空图 73

3.3.3　非线性流水线的动态调度的实现 74

3.4　流水线的相关问题与相关处理 75

3.4.1　局部相关及处理 76

3.4.2　全局相关及处理 77

3.4.3　相关对流水线性能的影响 81

3.5　多发射处理机及其性能 83

3.5.1　超标量处理机及其性能计算 83

3.5.2　超流水处理机及其性能计算 86

3.5.3　超标量超流水处理机及其性能计算 87

3.5.4　超长指令字处理机的基本结构与特征 88

3.5.5 多发射处理机的性能比较 91

3.6 向量流水处理机及其性能 94

3.6.1 向量处理方式 94

3.6.2　向量流水处理机的结构 96

3.6.3　向量流水处理机的性能 100

习题3 102

第4章　存储系统 108

4.1　存储系统的层次结构与性能指标 108

4.1.1　存储系统的层次结构 108

4.1.2　存储系统的性能指标 110

4.2　并行存储器 112

4.2.1 单体多字并行存储器 112

4.2.2　低位交叉编址多体并行存储器 113

4.3 虚拟存储器 115

4.3.1　虚拟存储器的地址变换 115

4.3.2　页面替换算法及其命中率 123

4.3.3　堆栈型替换算法及其堆栈处理过程 124

4.4　高速缓冲存储器 129

4.4.1　Cache的地址映像与地址变换 130

4.4.2　Cache的替换算法及其实现 139

4.4.3　Cache的性能分析 141

4.5　三级存储系统 145

习题4 146

第5章　互连网络 152

5.1 互连函数 152

5.1.1 互连函数的表示方法 152

5.1.2　几种基本的互连函数 153

5.2　互连网络的结构参数与性能指标 161

5.2.1　互连网络的结构参数 161

5.2.2　互连网络的性能指标 162

5.3　静态互连网络 163

5.4　动态互连网络 169

5.4.1　多处理机总线 169

5.4.2　交叉开关 171

5.4.3　多级互连网络 173

5.4.4　动态互连网络的比较 189

5.5　消息传送机制 190

5.5.1 消息格式与寻径方式 190

5.5.2　寻径方法与多播通信 193

习题5 196

第6章　单指令流多数据流计算机 199

6.1 单指令流多数据流计算机的基本结构与特点 199

6.1.1 单指令流多数据流计算机的两种基本结构 199

6.1.2 单指令流多数据流计算机的主要特点 202

6.2.1　ILLIAC Ⅳ计算机系统 203

6.2 单指令流多数据流计算机实例分析 203

6.2.2　BSP计算机 208

6.3　阵列处理机的算法及性能分析 211

6.3.1 阵列处理机的差分计算 212

6.3.2　阵列处理机的常用算法及性能分析 213

习题6 218

第7章　多指令流多数据流计算机 220

7.1 MIMD计算机结构模型与访存模型 220

7.1.1　MIMD计算机结构模型 220

7.1.2　MIMD计算机访存模型 224

7.2　对称多处理机系统 228

7.2.1 对称多处理机的结构 228

7.2.2　高速缓存一致性问题 230

7.2.3　侦听高速缓存一致性协议 232

7.2.4　基于目录的高速缓存一致性协议 240

7.2.5　SMP实例分析：SGI Challenge 244

7.3　大规模并行处理机系统 247

7.3.1 大规模并行处理机的结构 247

7.3.2　MPP实例分析：SGI/Cray Origin 2000 249

7.4　机群系统 255

7.4.1　机群系统的结构 255

7.4.2　机群系统的单一系统映像 257

7.5 分布式共享存储系统 260

7.5.1 分布式共享存储的基本概念 260

7.5.2　共享虚拟存储系统 261

7.6　并行算法的性能评测 266

7.6.1 并行算法的性能指标 266

7.6.2　任务粒度对性能的影响 277

习题7 281

专业术语中英文对照表 285

参考文献 292