計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

前言

　　計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)歷來為高校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)必修的主干專業(yè)基礎(chǔ)課程。計算機(jī)的發(fā)展歷史說明，計算機(jī)性能的不斷提高必須依靠器件的變革和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。今天，在器件潛力幾乎達(dá)到極限的情況下，計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)尤為重要。該門課程主要反映現(xiàn)代計算機(jī)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的新思想、新技術(shù)，如流水線處理、向量處理、并行處理、多處理器結(jié)構(gòu)等，要求學(xué)生從分析和評測的角度把握計算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計。這對培養(yǎng)學(xué)生掌握和應(yīng)用現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)來處理復(fù)雜計算問題具有重要意義，也為學(xué)生今后從事計算機(jī)系統(tǒng)軟、硬件開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。　　國家教育部在《高等教育面向2l世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計劃》中明確指出，要“面向21世紀(jì)社會、經(jīng)濟(jì)、科技、文化的發(fā)展，改革我國高等教育中與其不相適應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和課程體系”，該計劃把“基礎(chǔ)課程、核心課程的教學(xué)內(nèi)容體系及教材和教學(xué)手段、教學(xué)方法的創(chuàng)新”列為改革的主要內(nèi)容。因此，在現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)曰新月異、計算機(jī)應(yīng)用迅猛擴(kuò)展深入的今天，在高校教育逐步由精英教育向大眾化教育轉(zhuǎn)移的今天，在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展大量地、普遍地需要工程應(yīng)用型計算機(jī)人才的今天，必須重新審視這門課程的現(xiàn)狀和特點，按照新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)和定位，構(gòu)建新的計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系，從而提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。　　計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程具有下述特點：　　1.綜合性強(qiáng)。計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般安排為計算機(jī)專業(yè)高年級課程，它需要用到幾乎所有的計算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)知識和相關(guān)的前繼專業(yè)課程知識，主要需要計算機(jī)組成原理、匯編語言程序設(shè)計、高級語言程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編譯原理等課程的知識。教學(xué)中要求學(xué)生對各課程的知識融會貫通，教學(xué)的難度較大?！　?.理論性強(qiáng)。由于課程內(nèi)容抽象繁雜、概念多，如果教學(xué)處理不好，那么容易讓學(xué)生感到學(xué)習(xí)乏味，明顯增加了教學(xué)難度?！　?.本課程教材內(nèi)容多是針對大中型計算機(jī)系統(tǒng)描述的，常以一般學(xué)生接觸不到的機(jī)型作為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)舉例，而結(jié)合PC應(yīng)用實際、結(jié)合現(xiàn)代PC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展的內(nèi)容幾乎沒有，嚴(yán)重脫離學(xué)生的實際情況?！　?.缺乏實驗環(huán)境，學(xué)生無法獲得對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能改進(jìn)的直觀認(rèn)識。如果真正要求學(xué)生對其理論與技術(shù)有直觀的接觸，則需要深入到現(xiàn)代大中型計算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行實踐，這對我國絕大多數(shù)高校來說是不可能做到的。因此，長期以來，我國高校在開設(shè)這門重要課程時，僅僅停留在理論講授上，相應(yīng)的實踐教學(xué)尚是空白，學(xué)生面對枯燥理論，學(xué)習(xí)興趣大減，這對提高教學(xué)質(zhì)量帶來極大障礙。

內(nèi)容概要

　　本書主要講述計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、系統(tǒng)構(gòu)成技術(shù)和性能分析方法。全書共9章，內(nèi)容涵蓋計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念和基本分析原理，包括RISC、流水線技術(shù)、向量處理技術(shù)、存儲系統(tǒng)、輸入/輸出系統(tǒng)；并行技術(shù)和計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，包括并行計算機(jī)（含互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）、多處理器系統(tǒng)等；以及現(xiàn)代PC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和DLX虛擬處理器及其實驗。每章之后均提供大量習(xí)題。本書努力反映現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最新理念和最新成果，內(nèi)容新穎豐富。其獨特之處是結(jié)合現(xiàn)代PC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和評測，并提供基于PC平臺開展的計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗?！　”緯勺鳛楦叩葘W(xué)校計算機(jī)類專業(yè)及電氣信息類專業(yè)《計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》課程的通用教材，也可作為相關(guān)專業(yè)研究生、教師和科技人員的參考書。

書籍目錄

第1章 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)1.1 計算機(jī)的發(fā)展及其分類1.1.1 計算機(jī)的發(fā)展1.1.2 計算面的分類1.2 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念1.2.1 計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)1.2.2 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義1.2.3 計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的主要方法1.3 計算機(jī)系統(tǒng)評價標(biāo)準(zhǔn)1.3.1 計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的定量分析原理1.3.2 計算機(jī)系統(tǒng)的評價1.4 器件、軟件、應(yīng)用對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響1.4.1 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的演變1.4.2 器件對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響1.4.3 軟件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響1.4.4 應(yīng)用對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響1.5 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類1.5.1 弗林分類法1.5.2 其他分類法本章小結(jié)習(xí)題1第2章 計算機(jī)指令系統(tǒng)2.1 數(shù)據(jù)類型2.1.1 數(shù)據(jù)類型2.1.2 數(shù)據(jù)表示與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.1.3 浮點數(shù)據(jù)表示2.1.4 自定義數(shù)據(jù)表示2.1.5 其他數(shù)據(jù)表示2.1.6 引入數(shù)據(jù)表示的原則2.2 尋址技術(shù)2.2.1 編址方式2.2.2 尋址方式2.2.3 程序裝入與定位方式2.3 指令系統(tǒng)的設(shè)計2.3.1 指令格式的優(yōu)化設(shè)計2.3.2 指令功能的設(shè)計2.4 指令系統(tǒng)的改進(jìn)2.4.1 復(fù)雜指令系統(tǒng)（CISC）2.4.2 精簡指令系統(tǒng)（RISC）本章小結(jié)習(xí)題2第3章 存儲系統(tǒng)3.1 存儲系統(tǒng)原理3.1.1 存儲系統(tǒng)的概念3.1.2 存儲器的層次結(jié)構(gòu)3.2 虛擬存儲系統(tǒng)3.2.1 虛擬存儲器的地址映像和地址交換3.2.2 頁面替換算法3.2.3 提高主存合中率的方法3.3 高速緩沖存儲器3.3.1 Cache存儲器的基本工作原理3.3.2 Cache的一致性及性能分析3.3.3 11種先進(jìn)的Cache性能優(yōu)化方法3.4 三級存儲系統(tǒng)3.5 并行存儲器3.5.1 存儲器的頻帶平衡3.5.2 并行存儲器3.6 RAID系統(tǒng)3.7 存儲域網(wǎng)絡(luò)本章小結(jié)習(xí)題3第4章 輸入/輸出系統(tǒng)4.1 輸入/輸出系統(tǒng)概述4.1.1 輸入/輸出系統(tǒng)的特點4.1.2 基本的輸入/輸出方工4.2 輸入/輸出總線4.2.1 總線概述4.2.2 輸入/輸出總線的設(shè)計4.3 I/O處理機(jī)4.3.1 通道4.3.2 外圍處理機(jī)本章小結(jié)習(xí)題4第5章 流水線技術(shù)與向量處理技術(shù)5.1 流水線基礎(chǔ)5.1.1 指令的重疊執(zhí)行5.1.2 RISC對流水線技術(shù)的支持5.1.3 先行控制技術(shù)5.2 流水線技術(shù)5.2.1 流水線工作原理5.2.2 流水線的分類5.2.3流水線的主要性能及其分析5.3 流水線的相關(guān)性分析及處理5.3.1 局部相關(guān)及處理5.3.2 全局相關(guān)及處理5.4 向量的流水線處理與向量流水線處理機(jī)5.4.1 向量處理方式5.4.2 向量流水線處理機(jī)5.4.3 提高向量流水線處理機(jī)性能的常用技術(shù)本章小結(jié)習(xí)題5第6章 并行處理機(jī)6.1 陣列處理機(jī)6.1.1 SIMD計算機(jī)的基本概念和模型6.1.2 陣列處理機(jī)的特點6.2 陣列機(jī)中并行存儲器的無沖突訪問6.3 相聯(lián)處理機(jī)6.3.1 相聯(lián)處理機(jī)和相聯(lián)存儲器6.3.2 相聯(lián)存儲器的基本組成和工作原理6.3.3 相聯(lián)檢索算法6.4 脈動陣列機(jī)6.4.1 脈動陣列機(jī)的結(jié)構(gòu)原理6.4.2 通用脈動陣列機(jī)的發(fā)展6.5 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)6.5.1 靜態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)6.5.2 動態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)6.5.3 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的通信問題6.6 超標(biāo)量流水線和超級流水線6.6.1 超標(biāo)量處理機(jī)6.6.2 超流水線處理機(jī)6.6.3 超標(biāo)量超流水線處理機(jī)6.7 超長指令字處理機(jī)本章小結(jié)習(xí)題6第7章 PC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7.1 PC的發(fā)展回顧7.1.1 PC發(fā)展的簡單回顧7.1.2 影響PC處理器發(fā)展的兩個重大事件7.2 IntelCore微架構(gòu)7.3 AMD64處理器架構(gòu)7.4 主板芯片組7.4.1 主板芯片組的概念7.4.2 前端總線7.5 未來PC處理器的發(fā)展方向本章小結(jié)習(xí)題7第8章 多處理器系統(tǒng)8.1 指令級并行性的限制和超線程技術(shù)8.1.1 指令級并行性的限制8.1.2 超線程技術(shù)8.1.3 限制單處理器發(fā)展的其他主要因素8.2 多處理器構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8.2.1 多核處理器結(jié)構(gòu)8.2 一多處理器結(jié)構(gòu)8.2.3 多處理器并行處理定量分析和所遇到的問題8.3 多處理器的Cache一致性8.3.1 對稱式共享存儲器系統(tǒng)和多處理器的Cache一致性8.3.2 分布式共享存儲器系統(tǒng)和基于目錄的Cache一致性8.4 多處理器系統(tǒng)的同步機(jī)制8.4.1 基本硬件原語8.4.2 同步機(jī)制的實現(xiàn)8.4.3 多線程同步機(jī)制帶來的問題8.5 集群系統(tǒng)8.5.1 集群系統(tǒng)及其特點8.5.2 集群系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)8.6 多處理器系統(tǒng)的程序并行性8.6.1 程序的并行性挖掘8.6.2 支持并行程序的軟件工具8.7 曙光5000超級計算機(jī)本章小結(jié)習(xí)題8第9章 DLX虛擬處理器及其實驗9.1 WinDLX虛擬處理器概述9.2 WinDLX虛擬處理器的指令系統(tǒng)9.2.1 DLx指令集結(jié)構(gòu)9.2.2 DLX指令集9.3 WinDLX匯編9.3.1 數(shù)據(jù)定義及存儲器分配9.3.2 陷入操作9.4 WinDLX的流水線結(jié)構(gòu)9.4.1 WinDLx的基本結(jié)構(gòu)9.4.2 引入流水線操作的DLx處理器9.4.3 DLx基本流水線面臨的問題分析9.5 WinDLx虛擬處理器上機(jī)操作9.5.1 WinDLX的啟動和配置9.5.2 裝載測試程序9.5.3 模擬運(yùn)行程序?qū)嶒? 熟悉WinDLX的使用實驗2 DLX流水線結(jié)構(gòu)相關(guān)實驗3 DLX流水線數(shù)據(jù)相關(guān)實驗4 DLX流水線指令調(diào)度參考文獻(xiàn)

編輯推薦

　　可作為高等學(xué)校計算機(jī)類專業(yè)及電氣信息類專業(yè)《計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》課程的通用教材，也可作為相關(guān)專業(yè)研究生、教師和科技人員的參考書。

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