《计算机系统结构》求取 ⇩

第一章 计算机系统结构的基本概念1

1．1 计算机系统结构2

1．1．1 计算机系统层次结构2

1．1．2 计算机系统结构定义4

1．1．3 计算机组成与实现5

1．1．4 计算机系统结构的分类6

1．2 计算机系统设计技术9

1．2．1 计算机系统设计的定量原理9

1．2．2 计算机系统设计者的主要任务13

1．2．3计算机系统设计的主要方法14

1．3 系统结构的评价标准15

1．3．1 性能15

1．3．2 成本19

1．4 计算机系统结构的发展22

1．4．1 冯·诺依曼结构22

1．4．2 软件对系统结构的影响23

1．4．3 价格对系统结构的影响25

1．4．4 应用对系统结构的影响26

1．4．5 VLSI对系统结构的影响27

1．4．6 技术的发展对价格的影响27

1．4．7 算法和系统结构29

习题一31

第二章 指令系统36

2．1 数据表示36

2．1．1 数据表示与数据类型36

2．1．2 浮点数据表示38

2．1．2．1 浮点数的表数范围39

2．1．2．2 浮点数的表数精度42

2．1．2．3 浮点数的表数效率45

2．1．2．4 浮点数尾数基值的选择46

2．1．2．5 浮点数格式的设计50

2．1．2．6 浮点数的舍入处理53

2．1．2．7 警戒位的设置方法61

2．1．3 自定义数据表示65

2．1．3．1 带标志符的数据表示法66

2．1．3．2 数据描述符表示法69

2．2．1 编址方式71

2．2．1．1 编址单位71

2．2 寻址技术71

2．2．1．2 零地址空间个数75

2．2．1．3 输入输出设备的非线性编址77

2．2．1．4 并行存储器的编址技术78

2．2．2 寻址方式79

2．2．2．1 寻址方式的设计思想79

2．2．2．2 间接寻址与变址寻址81

2．2．2．3 寄存器寻址83

2．2．2．4 堆栈寻址方式85

2．2．3 定位方式85

2．2．3．1 逻辑地址与物理地址86

2．2．3．2 直接定位方式87

2．2．3．3 静态定位方式87

2．2．3．4 动态定位方式88

2．3．1 指令的组成90

2．3 指令格式的优化设计90

2．3．2 操作码的优化表示91

2．3．2．1 固定长操作码91

2．3．2．2 Huffman编码法91

2．3．2．3 扩展编码法93

2．3．3 地址码的优化表示95

2．3．3．1 地址码个数的选择96

2．3．3．2 缩短地址码长度的方法99

2．3．4 指令格式设计举例100

2．4 指令系统的功能设计102

2．4．1 基本指令系统103

2．4．2 复杂指令系统（CISC）107

2．4．2．1 目标程序的优化107

2．4．2．2 对高级语言和编译程序的支持110

2．4．2．3 操作系统的优化实现111

2．4．3 精简指令系统（RISC）111

2．4．3．1 从CISC到RISC111

2．4．3．2 RISC的定义与特点115

2．4．3．3 减少指令平均执行周期数是RISC思想的精华116

2．4．3．4 RISC的关键技术118

2．4．3．5 RISC优化编译技术123

习题二124

第三章 存储系统130

3．1 存储系统原理130

3．1．1 存储系统的定义130

3．1．2 存储器的层次结构134

3．1．4 并行存储器136

3．1．3 频带平衡136

3．1．4．1 并行访问存储器137

3．1．4．2 交叉访问存储器138

3．1．4．3 一种无访问冲突存储器143

3．2 虚拟存储器146

3．2．1 虚拟存储器工作原理146

3．2．2 地址的映象与变换147

3．2．2．1 段式虚拟存储器148

3．2．2．2 页式虚拟存储器151

3．2．2．3 段页式虚拟存储器153

3．2．2．4 外部地址变换155

3．2．3 加快内部地址变换的方法157

3．2．3．1 目录表158

3．2．3．2 快慢表159

3．2．3．3 散列函数160

3．2．3．4 虚拟存储器举例161

3．2．4 页面替换算法及其实现164

3．2．4．1 页面替换算法164

3．2．4．2 堆栈型替换算法166

3．2．4．3 页面替换算法的实现168

3．2．5 提高主存命中率的方法169

3．2．5．1 页面大小的选择170

3．2．5．2 主存容量171

3．2．5．3 页面调度方式171

3．3 高速缓冲存储器（Cache）172

3．3．1 基本工作原理173

3．3．2．1 全相联映象及其变换174

3．3．2 地址映象与变换方法174

3．3．2．2 直接映象及其变换176

3．3．2．3 组相联映象及其变换178

3．3．2．4 位选择组相联映象及其变换182

3．3．2．5 段相联映象及其变换184

3．3．3 Cache替换算法及其实现186

3．3．3．1 轮换法及其实现187

3．3．3．2 LFU算法及其实现188

3．3．3．3 比较对法189

3．3．3．4 堆栈法191

3．3．4 Cache的性能分析193

3．3．4．1 Cache系统的加速比193

3．3．4．2 Cache的一致性问题195

3．4 三级存储系统198

3．3．4．3 Cache的预取算法198

3．4．1 虚拟地址Cache200

3．4．2 全Cache技术201

习题三202

第四章 输入输出系统208

4．1 输入输出原理208

4．1．1 输入输出系统的特点208

4．1．1．1 异步性208

4．1．1．2 实时性209

4．1．1．3 与设备无关性210

4．1．2 输入输出系统的组织方式210

4．1．2．1 自治控制210

4．1．2．2 层次结构211

4．1．2．3 分类组织212

4．1．3 基本输入输出方式212

4．1．3．1 程序控制输入输出方式212

4．1．3．2 中断输入输出方式214

4．1．3．3 直接存储器访问（DMA）方式215

4．2 中断系统217

4．2．1 中断源的组织217

4．2．1．1 中断源的种类217

4．2．1．2 中断源的分类组织218

4．2．1．3 中断优先级219

4．2．2 中断系统的软硬件功能分配221

4．2．2．1 中断处理过程222

4．2．2．2 中断响应时间223

4．2．2．3 识别中断源的查询法224

4．2．2．4 识别中断源的串行排队链法和中断向量法225

4．2．2．5 识别中断源的独立请求法227

4．2．2．6 中断现场的保存和恢复229

4．2．3 中断屏蔽230

4．3 通道处理机233

4．3．1 通道的作用和功能233

4．3．2 通道的工作过程235

4．3．3 通道种类238

4．3．3．1 字节多路通道238

4．3．3．2 选择通道239

4．3．3．3 数组多路通道240

4．3．4 通道中的数据传送过程241

4．3．5 通道的流量分析243

4．4 输入输出处理机245

4．4．1 输入输出处理机的作用245

4．4．2 输入输出处理机的种类247

4．4．3 输入输出处理机的特点248

习题四250

第五章 标量处理机253

5．1 先行控制技术253

5．1．1 指令的重叠执行方式253

5．1．2 先行控制方式的原理和结构255

5．1．2．1 处理机结构256

5．1．2．2 指令执行时序258

5．1．2．3 先行缓冲栈259

5．1．2．4 缓冲深度的设计261

5．1．3 数据相关263

5．1．3．1 指令相关264

5．1．3．2 主存操作数相关265

5．1．3．3 通用寄存器数据相关266

5．1．3．4 变址相关268

5．1．4 控制相关269

5．1．4．1 无条件转移269

5．1．4．2 一般条件转移270

5．1．4．3 复合条件转移272

5．1．4．4 转移预测技术272

5．1．4．5 短循环程序的处理274

5．2 流水线处理机276

5．2．1．1 从重叠到流水线277

5．2．1 流水线工作原理277

5．2．1．2 时空图278

5．2．1．3 流水线的特点279

5．2．2 流水线的分类280

5．2．2．1 线性流水线与非线性流水线280

5．2．2．2 流水线的级别281

5．2．2．3 单功能与多功能流水线282

5．2．2．4 静态流水线与动态流水线283

5．2．3 线性流水线的性能分析285

5．2．3．1 吞吐率285

5．2．3．2 加速比288

5．2．3．3 效率289

5．2．3．4 流水线最佳段数的选择291

5．2．3．5 流水线性能分析举例292

5．2．4 非线性流水线的调度技术294

5．2．4．1 非线性流水线的表示295

5．2．4．2 非线性流水线的冲突296

5．2．4．3 无冲突调度方法298

5．2．4．4 优化调度方法301

5．2．5 局部相关303

5．2．5．1 顺序流动与乱序流动304

5．2．5．2 数据相关及其避免方法307

5．2．5．3 数据重定向308

5．2．5．4 Tomasulo动态指令调度算法310

5．2．6 全局相关312

5．2．6．1 转移的影响312

5．2．6．2 动态转移预测技术315

5．2．6．3 提前形成条件码317

5．2．6．4 精确断点与不精确断点319

5．3 超标量处理机与超流水线处理机320

5．3．1 超标量处理机321

5．3．1．1 基本结构322

5．3．1．2 单发射与多发射323

5．3．1．3 多流水线调度326

5．3．1．4 资源冲突330

5．3．1．5 超标量处理机性能332

5．3．2 超流水线处理机332

5．3．2．1 指令执行时序333

5．3．2．2 典型处理机结构333

5．3．2．3 超流水线处理机性能336

5．3．3．1 指令执行时序337

5．3．3 超标量超流水线处理机337

5．3．3．2 典型处理机结构338

5．3．3．3 超标量超流水线处理机性能341

习题五342

第六章 向量处理机347

6．1 向量处理的基本概念347

6．1．1 什么是向量处理347

6．1．2 向量处理方式348

6．2 向量处理机的结构349

6．2．1 存储器-存储器结构351

6．2．2 寄存器-寄存器结构355

6．3 向量处理机的存取模式和数据结构358

6．3．1 数值算法的存取模式358

6．3．2 向量处理机的数据结构361

6．4 提高向量处理机性能的方法365

6．4．1 向量处理机系统结构的设计目标365

6．4．2 提高向量处理机性能的常用技术369

6．5 向量处理机实例376

6．5．1 向量处理机的历史与现状376

6．5．2 Cray Y-MP,C-90379

6．5．3 Fujitsu VP2000和VPP500381

6．5．4 向量协处理器383

6．6 向量处理机的性能评价386

6．7 关于向量处理机的几点看法389

习题六391

7．1．1 互连网络的作用394

7．1 互连网络的基本概念394

第七章 互连网络394

7．1．2 互连函数395

7．1．3 互连网络的特性和传输的性能参数399

7．1．4 互连网络的种类402

7．2 消息传递机制414

7．2．1 消息寻径方式414

7．2．2 死锁和虚拟通道418

7．2．3 流控制策略420

7．2．4 选播和广播寻径算法425

7．3 互连网络实例427

7．3．1 总线互连427

7．3．2 环形互连430

7．3．3 交叉开关互连431

7．3．4 混洗交换互连和合并开关434

7．3．5 Omega网络436

7．3．6 蝶形操作439

7．3．7 合并网络和取与加指令442

习题七446

第八章 SIMD计算机451

8．1 SIMD计算机模型451

8．2 SIMD计算机的基本结构453

8．2．1 分布式存储器结构453

8．2．2 共享存储器结构454

8．2．3 SIMD计算机的特点455

8．3 SIMD计算机实例456

8．3．1 HliacⅣ阵列处理机457

8．3．2 BSP计算机461

8．3．3 CM-2计算机466

8．3．4 MasPar MP-1系统469

8．4 SIMD计算机的应用473

8．4．1 数值应用问题的特征473

8．4．2 算法举例483

8．5 连续模型的结构向何处发展493

习题八495

第九章 多处理机499

9．1 多处理机结构499

9．1．1 两种多处理机结构499

9．1．2 多处理机系统的特点500

9．2 多处理机性能模型502

9．2．1 基本模型504

9．2．2 N台处理机系统的基本模型505

9．2．4 通信开销为线性函数的模型507

9．2．3 随机模型507

9．2．5 一个完全重叠通信的理想模型509

9．2．6 一个具有多条通信链的模型510

9．2．7 多处理机模型511

9．3 多处理机的Cache一致性512

9．3．1 问题由来513

9．3．2 监听协议514

9．3．3 基于目录的协议518

9．4 多处理机实例521

9．4．1 MPP521

9．4．2 SMP528

9．4．3．1 机群系统的组成、特点和关键技术541

9．4．3 机群系统541

9．4．3．2 机群系统通信技术545

9．4．3．3 并行程序设计环境551

9．4．3．4 机群系统负载平衡技术555

习题九560

第十章 多处理机算法563

10．1 简单并行性563

10．1．1 do par和do seq结构565

10．1．2 阻塞同步566

10．1．3 性能分析567

10．1．4 增大粒度568

10．1．5 任务的初始化571

10．2 同步技术572

10．2．1 使用测试与设置指令的同步技术573

10．2．2 使用增1和减1指令的同步技术575

10．2．3 使用比较与交换指令的同步技术577

10．2．4 使用取与加指令的同步技术582

10．3 并行搜索584

10．3．1 搜索单峰函数的极大值584

10．3．2 并行分支限界法586

10．4 串行算法到并行算法的转换589

10．4．1 相关性分析590

10．4．2 开发迭代的并行性591

10．5 同步并行算法和异步并行算法593

10．5．1 同步并行算法593

10．5．2 异步并行算法596

10．6．1 并行程序设计语言的特点598

10．6 并行程序设计语言及其实现方法598

10．6．2 并行程序设计模型599

10．6．3 并行程序设计语言涉及的关键技术600

10．6．4 并行程序设计语言的实现途径601

10．7 小结604

习题十605

第十一章 计算机系统结构的新发展607

11．1 数据流计算机607

11．1．1 数据驱动原理607

11．1．1．1 串行控制流与并行控制流608

11．1．1．2 数据流计算机中指令的执行过程609

11．1．1．3 数据流计算机的指令结构611

11．1．2 数据流计算机模型611

11．1．2．2 动态数据流计算机模型612

11．1．2．1 静态数据流计算机模型612

11．1．2．3 静态与动态两种数据流计算机的比较613

11．1．2．4 普遍化的数据流计算机结构613

11．1．3 数据流计算机的性能分析614

11．1．3．1 数据流计算机的优点614

11．1．3．2 数据流计算机的缺点615

11．1．3．3 数据流计算机设计中需要解决的几个问题616

11．1．4 数据流程序图和数据流语言617

11．1．4．1 数据流程序图617

11．1．4．2 数据流语言623

11．1．4．3数据流语言的性质624

11．1．5静态数据流计算机结构626

11．1．5．1 静态数据流计算机的组成626

11．1．5．2 分块结构的静态数据流计算机628

11．1．5．3 多处理机结构的静态数据流计算机630

11．1．5．4 静态数据流计算机作为后端机631

11．1．6 动态数据流计算机结构632

11．1．6．1 网络结构的动态数据流计算机632

11．1．6．2 环形结构的动态数据流计算机634

11．1．6．3 网状结构的动态数据流计算机635

11．1．7 其它类型的数据流计算机637

11．1．7．1 利用传统多处理机结构的数据流计算机637

11．1．7．2 提高并行级别的数据流计算机637

11．1．7．3 采用多级并行的数据流计算机638

11．1．7．4 同步与异步相结合的数据流计算机639

11．1．7．5 控制流与数据流相结合的数据流计算机639

11．2．1 数据库机与知识库机模型641

11．2 数据库机与知识库机641

11．2．1．1 软件后端机数据库机与知识库机642

11．2．1．2 智能控制后端机数据库机与知识库机643

11．2．1．3 硬件后端机数据库机与知识库机643

11．2．2 数据库机和知识库机在智能计算机系统中的作用644

11．2．2．1 由数据库机和知识库机构成的智能计算机系统644

11．2．2．2 数据库机与知识库机作为网络系统中的结点机644

11．2．2．3 分布式数据库机与知识库机系统645

11．2．3 数据库机与知识库机系统结构645

11．2．3．1 数据库机与知识库机的逻辑结构646

11．2．3．2 数据库机与知识库机的物理结构646

11．2．3．3 多级存储器结构647

11．2．3．4 操作执行部件的结构647

11．2．3．5 智能接口的结构648

11．2．4 后端机与前端机的接口649

11．2．4．1 逻辑接口650

11．2．4．2 物理接口650

11．2．4．3 后端机与前端机之间的接口选择651

11．2．5 典型的数据库机与知识库机652

11．2．5．1 高速数据处理技术653

11．2．5．2 数据库机的分类653

11．2．5．3 Relational KBM关系知识库机654

11．2．5．4 PSI+Delta知识库机结构655

11．2．5．5 PUKBM知识库机656

11．3 面向函数程序设计语言的归约机659

11．3．1 引言659

11．3．2 函数式语言的归约计算方法660

11．3．3 图归约的并行实现方法677

11．3．4 并行图归约机系统结构692

习题十一700

第十二章 实验：DLX处理器703

12．1 DLX基本结构703

12．1．1 寄存器703

12．1．2 数据类型704

12．1．3 数据转移寻址模式704

12．1．4 指令格式704

12．1．5 操作704

12．1．6 效率709

12．2．1 一个简单实现712

12．2 DLX流水线结构712

12．2．2 基本流水线715

12．2．3 扩展DLX操作使其能处理多周期操作720

12．2．3．1 在长延迟的流水线中的相关和专用通路723

12．2．3．2 维持精确的异常处理725

12．2．3．3 浮点流水线的性能728

12．3 实验环境与内容729

12．3．1 实验环境729

12．3．2 实验内容729

12．3．2．1 使用WINDLX模拟器，对Fact,s(WINDLX附带的例子)作如下分析729

12．3．2．2 用DLX汇编语言编写矩阵乘程序，并对该程序做如下分析729

12．3．2．3 用Intel X86汇编语言编写矩阵乘程序730

12．3．3 实验总结730

参考文献731