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计算机系统结构1

第1章 计算机系统结构的基本概念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 结构、组成、实现的定义与内涵3

1.2.2 计算机系统结构、组成和实现三者的相互影响6

1.3 软硬件取舍与计算机系统设计思路7

1.3.1 软硬件取舍的基本原则7

1.3.2 计算机系统的设计思路9

1.4 结构设计要解决好软件的可移植性10

1.4.1 统一高级语言11

1.4.2 采用系列机11

1.4.3 模拟与仿真13

1.5 应用与器件的发展对系统结构的影响14

1.5.1 应用的发展对系统结构的影响14

1.5.2 器件的发展对系统结构的影响17

1.6 系统结构中的并行性发展及计算机系统的分类18

1.6.1 并行性概念18

1.6.2 并行处理系统的结构与多机系统的耦合度22

1.6.3 计算机系统的分类23

习题126

第2章 数据表示与指令系统27

2.1 数据表示27

2.1.1 数据表示与数据结构27

2.1.2 高级数据表示28

2.1.3 引入数据表示的原则33

2.1.4 浮点数尾数基值大小和下溢处理方法的选择34

2.2 寻址方式40

2.2.1 寻址方式分析40

2.2.2 逻辑地址与主存物理地址41

2.3 指令格式的优化设计44

2.3.1 操作码的优化44

2.3.2 指令字格式的优化47

2.4 按CISC方向发展与改进指令系统49

2.4.1 面向目标程序优化实现改进49

2.4.2 面向高级语言优化实现改进51

2.4.3 面向操作系统优化实现改进53

2.5 按RISC方向发展与改进指令系统54

2.5.1 RISC的提出54

2.5.2 设计RISC的原则55

2.5.3 设计RISC结构用的基本技术55

2.5.4 RISC技术的发展58

习题261

第3章 总线、中断与输入输出系统62

3.1 输入输出系统的基本概念62

3.2 总线设计63

3.2.1 总线的类型63

3.2.2 总线的控制方式64

3.2.3 总线的通讯技术66

3.2.4 数据宽度与总线线数67

3.3 中断系统69

3.3.1 中断的分类和分级69

3.3.2 中断系统的软硬件功能分配73

3.4 通道处理机74

3.4.1 工作原理74

3.4.2 通道流量的分析77

习题379

第4章 存储体系81

4.1 存储体系概念与并行主存系统81

4.1.1 发展存储体系的必要性81

4.1.2 并行主存系统频宽的分析82

4.1.3 存储体系的形成与分支85

4.1.4 存储体系的性能参数87

4.2 虚拟存储器88

4.2.1 不同的虚拟存储管理方式88

4.2.2 页式虚拟存储器的构成94

4.2.3 页式虚拟存储器实现中的问题104

4.3 高速缓冲（Cache）存储器109

4.3.1 基本结构110

4.3.2 地址的映象与变换112

4.3.3 替换算法的实现115

4.3.4 Cache存储器的透明性及性能分析118

习题4122

第5章 重叠、流水和向量处理机125

5.1 重叠方式125

5.1.1 基本思想和一次重叠125

5.1.2 相关处理127

5.2 流水方式132

5.2.1 基本概念132

5.2.2 流水线处理机的主要性能136

5.2.3 流水机器的相关处理和控制机构140

5.3 向量的流水处理与向量流水处理机149

5.3.1 向量的流水处理149

5.3.2 向量流水处理机150

5.4 指令级高度并行的超级处理机153

5.4.1 超标量处理机154

5.4.2 超长指令字（VLIW）处理机155

5.4.3 超流水线处理机156

习题5157

第6章 阵列处理机160

6.1 阵列处理机原理160

6.1.1 阵列处理机的基本构形160

6.1.2 阵列处理机的特点161

6.2 阵列处理机的并行算法162

6.2.1 ILLIAC Ⅳ的处理单元阵列结构162

6.2.2 阵列处理机的并行算法举例163

6.3 SIMD计算机的互连网络166

6.3.1 互连网络的设计目标及互连函数166

6.3.2 基本的单级互连网络167

6.3.3 多级互连网络170

6.4 并行存储器的无冲突访问175

6.5 并行处理机举例177

6.5.1 MPP位平面阵列处理机177

6.5.2 CM连接机179

习题6180

第7章 多处理机182

7.1 多处理机的特点及主要技术问题182

7.2 多处理机的硬件结构183

7.2.1 紧耦合和松耦合183

7.2.2 机间互连形式186

7.3 程序并行性190

7.3.1 并行算法191

7.3.2 程序并行性的分析193

7.3.3 并行程序设计语言194

7.4 多处理机的性能197

7.4.1 任务粒度与系统性能197

7.4.2 性能模型与分析198

7.5 多处理机的操作系统202

7.5.1 主从型操作系统202

7.5.2 各自独立型操作系统203

7.5.3 浮动型操作系统203

习题7204

第8章 其它计算机结构206

8.1 脉动阵列机206

8.1.1 脉动阵列结构的原理和特点206

8.1.2 通用的脉动阵列结构208

8.2 大规模并行处理机MPP与机群系统209

8.2.1 大规模并行处理机MPP209

8.2.2 机群系统210

8.3 数据流机212

8.3.1 数据驱动的概念212

8.3.2 数据流程序图和语言213

8.3.3 数据流计算机的结构217

8.3.4 数据流机器存在的问题217

8.4 归约机218

8.5 智能机220

8.5.1 智能信息处理与智能机220

8.5.2 智能机的结构和机器语言221

习题8223

参考文献224

计算机系统结构自学考试大纲227

出版前言227

一、课程的性质及其设置的目的与要求229

二、课程内容与考核目标231

第1章 计算机系统结构的基本概念231

第2章 数据表示与指令系统232

第3章 总线、中断与输入输出系统234

第4章 存储体系235

第5章 重叠、流水和向量处理机236

第6章 阵列处理机238

第7章 多处理机239

第8章 其它计算机结构240

三、有关说明241

附录 题型举例243

后记244