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第一章计算机系统结构的基本概念§1 计算机系统的多级层次结构1

目 录1

§2计算机系统结构、组成与实现5

2.1计算机系统结构5

2.2计算机组成与实现7

2.3计算机系统结构、组成和实现10

三者的相互影响10

§3软硬取舍、计算机系统与系统结13

构的设计方法13

3.1软硬取舍的基本原则13

3.2计算机系统的设计思路与系统15

结构设计的步骤15

3.2-1计算机系统的设计思路15

3.2-2计算机系统结构的设计18

步骤18

4.1-1统一高级语言19

4.1 系统结构设计中必须注意解决好软件的可移植性19

§4软件、应用、器件对系统结构的19

影响19

4.1-2采用系列机思想20

4.1-3模拟与仿真23

4.2应用对系统结构的影响25

4.3器件发展对系统结构的影响29

4.3-1 器件的功能和使用方法的变化会影响系统结构和组成29

4.3-2器件的发展是推动系统结构31

和组成前进的关键因素31

4.3-3器件的发展改变了逻辑设计32

的传统方法32

§5系统结构和并行性的发展及计算机系统的分类33

5.1 Von Neumann型计算机34

5.2-1并行性概念36

5.2 计算机系统结构中并行性的36

？36

5.2-2计算机系统结构向并行处理系统的发展39

5.3计算机系统的分类42

习题45

主要参考文献46

第二章指令与寻址48

§1 数据表示48

1.1数据表示与数据结构48

1.2浮点数尾数的基值大小和下溢52

处理方法选择52

1.2-1 浮点数尾数基值的选择53

1.2-2浮点数尾数的下溢处理方法57

据表示60

1.3-1 自定义数据表示60

1.3 自定义数据表示与向量数60

1.3-2向量数据表示63

§2寻址方式65

2.1寻址方式分析65

22逻辑地址与主存物理地址68

§3指令系统的设计和改进71

3.1指令格式的优化71

3.1-1哈夫曼压缩概念71

3.1-2操作码的优化表示73

3.1-3指令字格式的优化76

3.2按增强指令功能的方向发展与79

改进指令系统79

3.2-1面向目标程序的优化实现80

来改进80

来改进84

3.2-2面向高级语言的优化实现84

来改进90

3.2-3面向操作系统的优化实现90

3.3按简化指令功能的方向发展和96

改进指令系统96

3.3-1精简指令系统思想的提出96

3.3-2 RISC结构采用的基本技术98

3.3-3 RISC技术的发展101

习题105

主要参考文献107

第三章输入输出系统109

§1引言109

§2总线设计110

2.1总线的类型111

2.2总线的控制方式112

2.3-1同步通讯114

2.3总线的通讯技术114

2.3-2异步通讯115

2.4数据宽度与总线线数116

2.4-1数据宽度116

2.4-2总线的线数117

§3中断系统118

3.1中断的分类和分级118

3.2中断系统的软硬功能分配123

§4通道处理机124

4.1工作原理124

4.2通道流量的分析128

§5外围处理机130

习题132

主要参考文献134

矛盾136

1.1存贮器容量、速度、价格的136

第四章存贮体系136

§1引言136

1.2并行主存系统频宽的分析137

1.3存贮体系的形成与发展141

1.4存贮体系的性能参数143

§2虚拟存贮器145

2.1不同的虚拟存贮管理方式145

2.1-1段式管理146

2.1-2页式管理149

2.1-3段页式管理150

2.2页式虚拟存贮器构成152

2.2-1地址的映象和变换152

2.2-2替换算法156

过程162

2.2-3虚拟存贮器工作的全162

2.3页式虚拟存贮器实现中的163

问题163

2.3-1页面失效的处理163

2.3-2提高虚拟存贮器等效访同164

速度的措施164

2.3-3影响主存命中率和CPU170

效率的某些因素170

§3高速缓冲存贮器（Cache）172

3.1基本结构172

3.2地址的映象与变换174

3.2-1全相联映象和变换174

3.2-2直接映象及其变换175

3.2-3组相联映象及其变换176

3.3替换算法的实现180

3.2-4段相联映象180

3.3-1堆栈法181

3.3-2比较对法182

3.4 Cache的透明性及性能分析183

3.4-1 Cache的透明性分析183

3.4-2 Cache的取算法186

3.4-3任务切换对失效率的影响187

3.4-4影响Cache存贮器性能188

的因素188

3.5“Cache－主存－辅存”存贮层次190

§4主存保护191

习题193

主要参考文献197

1.1基本思想和一次重叠199

§1重叠解释方式199

第五章重叠、流水和向量处理机199

1.2相关处理202

1.2-1指令相关的处理202

1.2-2主存空间数相关的处理202

1.2-3通用寄存器组相关的处理203

§2流水方式207

2.1基本概念207

2.1-1流水是重叠的引伸207

2.1-2流水线的分类208

2.1-3阵列流水线213

2.2主要性能及其分析215

2.2-1吞吐率215

2.2-2效率219

2.2-3流水线工作举例220

2.3-1局部性相关的处理222

2.3相关处理和控制机构222

2.3-2全局性相关的处理226

2.3-3流水机器的中断处理229

2.3-4流水线调度230

§3向量的流水处理与向量处理机234

3.1向量的流水处理234

3.2向量处理机236

习题246

主要参考文献250

第六章并行处理机和相联处理机§1并行处理机原理251

1.1并行处理机的构形与特点251

1.1-1并行处理机的基本构形251

1.1-2并行处理机的特点253

1.2-1 ILLIACⅣ的处理单元阵254

列结构254

1.2并行处理机的算法254

1.2-2阵列处理机的算法举例255

1.3 SIMD计算机的互连网络259

1.3-1互连网络的设计目标及259

互连函数的表示259

1.3-2单级互连网络260

1.3-3基本的循环互连网络和263

多级互连网络263

1.3-4全排列网络269

1.4并行存贮器的无冲突访问269

§2并行处理机举例272

2.1 MPP位平面阵列处理机272

2.2 DAP阵列处理机274

2.3 BSP科学处理机276

3.1概述278

3.1-1相联处理机的特点和组成278

§3相联处理机278

3.1-2相联存贮器的组成及相联279

处理机的结构类型279

3.2相联检索算法281

3.3相联处理机结构举例283

3.3-1 PEPE系统283

3.3-2 sTARAN系统285

习题286

主要参考文献289

第七章多处理机291

§1 多处理机的特点及主要技术问题291

§2多处理机的硬件结构292

2.1紧耦合和松耦合292

2.1-1紧耦合293

2.1-2松耦合294

2.2-1 总线形式296

2.2机间互连的形式296

2.2-2交叉开关形式297

2.2-3多端口存贮器形式298

2.2-4开关枢纽结构形式299

§3程序并行性300

3.1并行算法的研究思路300

3.1-1算术表达式的并行运算300

3.1-2递归程序的并行性302

3.2程序并行性的分析305

3.3并行程序设计语言307

§4多处理机的操作系统311

4.1 多处理机操作系统的类型312

4.1-1主从型312

4.1-2各自独立型312

4.2资源分配和进程调度313

4.1-3浮动型313

习题315

主要参考文献318

第八章具有非诺依曼型结构特点的计算机§1 基于面向对象程序设计的计算机320

1.1面向对象的程序设计320

1.2基于面向对象的程序语言的322

计算机结构322

§2基于数据驱动的数据流机324

2.1数据驱动的概念324

2.2数据流程序图和语言327

2.2-1数据流程序图327

2.2-2数据流语言330

2.3数据流计算机的结构332

2.3-1静态数据流机332

2.3-2动态数据流机333

2.4数据流机器存在的问题336

§3基于面向函数程序设计的归约机337

3.1函数式程序设计语言337

3.2面向函数程序设计的归约机339

3.2-1归约机的基本结构特点339

3.2-2串归约机340

3.2-3图归约机342

§4基于面向智能信息处理的智能机343

4.1智能信息处理与智能机343

4.2智能机的结构及所用的机器344

语言344

4.2-1智能机的结构344

4.2-2逻辑程序设计语言346

4.2-3智能计算机的进展347

习题348

主要参考文献349