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目录 1

第1章　计算机系统结构的基础知识 1

1.1 计算机系统的多级层次结构 1

1.2　计算机系统结构、组成与实现 3

1.2.1 计算机系统结构、组成、实现的定义和内涵 3

1.2.2 计算机系统结构、组成和实现的相互关系 6

1.3　计算机系统的软硬件功能分配、性能评测与设计思路 8

1.3.1　软硬件取舍的基本原则 8

1.3.2　计算机系统的性能评测与定量设计原理 9

1.3.3 计算机系统的设计思路 14

1.4 软件、应用、器件对系统结构的影响 15

1.4.1 软件对系统结构的影响 16

1.4.2　应用的发展对系统结构的影响 20

1.4.3　器件的发展对系统结构的影响 22

1.5 系统结构中的并行性发展和计算机系统的分类 24

1.5.1　并行性概念 24

1.5.2　计算机系统的分类 29

习题1 32

2.1.1　数据表示与数据结构 35

第2章　数据表示、寻址方式与指令系统 35

2.1 数据表示 35

2.1.2　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 50

2.2.1　寻址方式分析 50

2.2.2　程序在主存中的定位技术 51

2.3.1 指令系统设计的基本原则 54

2.3　指令系统的设计和优化 54

2.3.2　指令操作码的优化 55

2.3.3　指令字格式的优化 58

2.4　指令系统的发展和改进 61

2.4.1 CISC和RISC 61

2.4.2　按CISC方向发展和改进指令系统 62

2.4.3　按RISC方向发展和改进指令系统 67

习题2 74

第3章 总线、中断与输入输出系统 77

3.1　输入输出系统概述 77

3.2.1　总线分类 78

3.2　总线设计 78

3.2.2　总线的控制方式 79

3.2.3　总线的通信技术 81

3.2.4　数据宽度与总线线数 83

3.3 中断系统 85

3.3.1 中断的分类和分级 85

3.3.2 中断的响应次序与处理次序 87

3.3.3 中断系统的软硬件功能分配 90

3.4.1　工作原理 91

3.4　通道处理机 91

3.4.2　通道流量的分析 94

3.5　外围处理机 97

习题3 98

第4章　并行主存与存储体系 101

4.1　存储体系的概念和并行主存系统 101

4.1.1　存储体系的引出 101

4.1.2　并行主存系统 102

4.1.3　存储体系的分支及构成依据 105

4.1.4　存储体系的性能参数 107

4.2.1 虚拟存储器的管理方式 108

4.2　虚拟存储器 108

4.2.2　页式虚拟存储器的构成 114

4.2.3　页式虚拟存储器实现中的问题 124

4.3　高速缓冲存储器 130

4.3.1　工作原理和基本结构 130

4.3.2　地址的映像与变换 132

4.3.3 Cache存储器的LRU替换算法的硬件实现 137

4.3.4 Cache存储器的透明性及性能分析 140

4.4 Cache—主存—辅存三级层次 145

4.5　主存保护 145

习题4 148

第5章　重叠、流水和向量流水处理机 153

5.1　重叠方式 153

5.1.1　重叠原理与一次重叠 153

5.1.2　相关处理 156

5.2　流水方式 162

5.2.1 基本概念 162

5.2.2　标量流水线的主要性能 166

5.2.3　标量流水机的相关处理和控制机构 171

5.3.1 向量的处理和向量的流水处理 183

5.3 向量的流水处理与向量流水处理机 183

5.3.2 向量流水处理机的结构 185

5.3.3　提高向量流水处理性能的技术 186

习题5 192

第6章　阵列处理机和相联处理机 195

6.1　阵列处理机的原理 195

6.1.1 阵列处理机的构形和特点 195

6.1.2　ILLIAC Ⅳ的处理单元阵列结构 198

6.1.3 ILLIAC Ⅳ的并行算法举例 198

6.2.1　互连网络的设计目标与互连函数 202

6.2 SIMD计算机的互连网络 202

6.2.2　互连网络应抉择的几个问题 203

6.2.3　基本的单级互连网络 204

6.2.4　基本的多级互连网络 207

6.2.5　全排列网络 213

6.3　共享主存构形阵列机中并行存储器的无冲突访问 215

6.4　脉动阵列机 217

6.4.1　脉动阵列结构的原理 218

6.4.2　通用脉动阵列结构 220

6.5.1　相联处理机和相联存储器的组成 221

6.5　相联处理机 221

6.5.2　相联检索算法 224

习题6 226

第7章　多处理机 229

7.1 多处理机的概念、问题和硬件结构 229

7.1.1 多处理机的基本概念和要解决的技术问题 229

7.1.2　多处理机的硬件结构 230

7.2 紧耦合多处理机多Cache的一致性问题 241

7.2.1 多Cache的一致性问题的产生 241

7.2.2 多Cache的一致性问题的解决办法 242

7.3　多处理机的并行性 243

7.3.1　并行算法 243

7.3.2　程序并行性分析 246

7.3.3　并行语言与并行编译 248

7.4　多处理机的性能 253

7.4.1 任务粒度与系统性能 253

7.4.2　性能模型与分析 253

7.5　多处理机的操作系统 258

7.5.1 多处理机操作系统的难度和特点 258

7.5.2　多处理机操作系统的类型 260

习题7 262

第8章　并行处理系统的发展 265

8.1　指令级高度并行的超级处理机 265

8.1.1　超标量处理机 265

8.1.2　超长指令字处理机 266

8.1.3　超流水线处理机 267

8.1.4　超标量超流水线处理机 268

8.2　大型并行计算机的发展 269

8.2.1　多向量多处理机 269

8.2.4　对称多处理机 270

8.2.2　并行向量机 270

8.2.3　分布式共享存储器多处理机 270

8.2.5　大规模并行处理机 271

8.2.6　机群系统 272

习题8 273

第9章　数据流机、归约机和智能机 275

9.1　数据流计算机 275

9.1.1　数据驱动的概念 275

9.1.2　数据流程序图和语言 277

9.1.3　数据流计算机的结构 282

9.1.4　数据流机器存在的问题 283

9.2　归约机 283

9.3　智能机 286

9.3.1　智能信息处理与智能机 286

9.3.2　智能机的结构 286

9.3.3　逻辑程序设计语言 288

9.3.4　智能计算机的进展 289

习题9 290

A1 习题1的参考答案 291

附录A　各章习题的参考答案 291

A2　习题2的参考答案 293

A3　习题3的参考答案 300

A4 习题4的参考答案 305

A5　习题5的参考答案 313

A6　习题6的参考答案 321

A7　习题7的参考答案 325

A8 习题8的参考答案 330

A9 习题9的参考答案 332

参考文献 335