計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)

前言

《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》主要作為高等學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生計(jì)算機(jī)統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的教材，在編寫此書時(shí)力求做到深入淺出，通俗易懂?，F(xiàn)階段計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)以及計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)互相制約、互相影響促進(jìn)了兩種技術(shù)的良性發(fā)展，從而使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)了迅速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。本書主要涉及計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的概念、結(jié)構(gòu)、機(jī)制以及發(fā)展，既介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面已經(jīng)成熟的技術(shù)，也介紹國(guó)內(nèi)外最新的研究成果。作者從五個(gè)出發(fā)點(diǎn)來(lái)編寫此書：一、保證書中內(nèi)容的先進(jìn)性。在介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所必須掌握的知識(shí)基礎(chǔ)上，以提高效率和系統(tǒng)優(yōu)化為目標(biāo)，介紹了現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方面先進(jìn)的技術(shù)方法，如指令級(jí)并行技術(shù)、同時(shí)多線程技術(shù)等。二、實(shí)例詳細(xì)，淺顯易懂。通過(guò)各種代碼、實(shí)例等具體示例的詳細(xì)分析和說(shuō)明，有助于讀者閱讀。三、合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)，循序漸進(jìn)地介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)注重系統(tǒng)性，使讀者能夠建立起整機(jī)的概念。四、結(jié)合教學(xué)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，加強(qiáng)概念的可理解性，注重學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備及能力的培養(yǎng)。五、清晰地介紹技術(shù)發(fā)展的脈絡(luò)。在介紹原理或算法時(shí)，介紹該技術(shù)的開發(fā)背景、應(yīng)用情況以及后續(xù)發(fā)展，開拓讀者實(shí)踐和創(chuàng)新的思維方式，全面展現(xiàn)現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的原理和本質(zhì)，并緊密結(jié)合行業(yè)發(fā)展，從而促使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容向?qū)嵱没托吕砟罘较蜓由臁?/pre>


內(nèi)容概要
本書參考國(guó)內(nèi)外最經(jīng)典的教材，重點(diǎn)論述現(xiàn)代大多數(shù)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)都采用的比較成熟的基本概念、基本原理、基本結(jié)構(gòu)和基本分析方法，并特別強(qiáng)調(diào)采用量化的分析方法。主要內(nèi)容：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和并行陸等基本概念；計(jì)算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題；流水線的基本概念和性能分析，向量處理機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)以及陸能評(píng)價(jià)；指令級(jí)并行，包括利用軟、硬件技術(shù)開發(fā)程序中存在的指令間并行陸的技術(shù)和方法；存儲(chǔ)層次，包括Cache的基本知識(shí)、降低Cache失效率的方法、減少Cache失效開銷的方法以及減少命中時(shí)間的方法；輸入輸出系統(tǒng)，包括外部存儲(chǔ)設(shè)備、I／O設(shè)備與CPU和存儲(chǔ)器的連接、廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID，I／O系統(tǒng)性能分析；多處理機(jī)，包括多處理機(jī)的存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)、互連網(wǎng)絡(luò)、同步機(jī)制以及同時(shí)多線程技術(shù)；機(jī)群計(jì)算機(jī)，包括機(jī)群的結(jié)構(gòu)、軟件模型以及機(jī)群的分類，并介紹4個(gè)典型的機(jī)群系統(tǒng)。    本書內(nèi)容的可讀性好，語(yǔ)言簡(jiǎn)練，深入淺出，通俗易懂。適合作為高等院校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科各專業(yè)以及自動(dòng)化、電子工程等相關(guān)專業(yè)本科生、研究生的教材，也可作為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域工程技術(shù)人員的參考書。



書籍目錄
第1章  計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念  1．1  計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的概念    1．1．1  存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)    1．1．2  計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、組成和實(shí)現(xiàn)    1．1．3  計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的層次概念    1．1．4  系列機(jī)和兼容  1．2  計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展    1．2．1  計(jì)算機(jī)分代、分型與分類    1．2．2  軟件的發(fā)展    1．2．3  應(yīng)用的發(fā)展    1．2．4  集成電路的發(fā)展    1．2．5  計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展    1．2．6  并行處理技術(shù)的發(fā)展  1．3  計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析    1．3．1  成本與價(jià)格    1．3．2  基準(zhǔn)測(cè)試程序    1．3．3  量化設(shè)計(jì)的基本原則  1．4  小結(jié)    習(xí)題1第2章  指令系統(tǒng)第3章  流水線技術(shù)第4章  指令級(jí)并行第5章  存儲(chǔ)層次第6章  輸入輸出系統(tǒng)第7章  多處理機(jī)第8章  機(jī)群計(jì)算機(jī)參考文獻(xiàn)


章節(jié)摘錄
插圖：（1）簡(jiǎn)單的指令集。RISC體系結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)的指令長(zhǎng)度比較一致，典型的指令長(zhǎng)度是4字節(jié)，和CISC相比尋址方式少且簡(jiǎn)單，一般只有1～2種，最多也不超過(guò)5種；在指令系統(tǒng)中只有取數(shù)（load）和存數(shù)（store）兩條指令能夠訪問(wèn)存儲(chǔ)器；指令集的指令數(shù)目較少，一般在100～150種之間；指令格式少，一般少于4種。（2）執(zhí)行速度快。RISC體系結(jié)構(gòu)的指令功能一般采用硬連線（hardwire）方式的實(shí)現(xiàn)，即控制器邏輯的實(shí)現(xiàn)。高級(jí)語(yǔ)言經(jīng)編譯生成的代碼直接由硬件執(zhí)行，而不是由微程序解釋執(zhí)行，因而執(zhí)行的速度更快；絕大多數(shù)的指令，除取數(shù)或存數(shù)這類指令之外，指令執(zhí)行時(shí)間僅需一個(gè)處理器時(shí)鐘周期，隨著片內(nèi)Cache的出現(xiàn)，如果取數(shù)或存數(shù)這類指令在Cache命中，那么這類指令也能在一個(gè)處理器時(shí)鐘周期內(nèi)完成。（3）寄存器一寄存器操作。RISC體系結(jié)構(gòu)的處理器往往都配有大量的通用寄存器，從而將頻繁使用的操作數(shù)保持在寄存器中，減少了寄存器一存儲(chǔ)器操作，絕大多數(shù)操作都以寄存器一寄存器方式完成，甚至過(guò)程調(diào)用時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)與恢復(fù)也可以用寄存器完成。這會(huì)使高級(jí)語(yǔ)言程序中頻繁出現(xiàn)的變量指派、參數(shù)傳遞、轉(zhuǎn)移及過(guò)程調(diào)用、算術(shù)邏輯運(yùn)算等操作高速地完成。（4）支持指令流水線?；赗ISC體系結(jié)構(gòu)的處理器的指令定長(zhǎng)、格式簡(jiǎn)單并且絕大多數(shù)指令都能在一個(gè)處理器時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行完成，這些都是對(duì)指令流水線的極好支持。另外，由于RISC采用了硬布線邏輯，CPU芯片內(nèi)控制器所占面積減小，這樣芯片內(nèi)可以集成更大容量的Cache，甚至可以分成指令cache和數(shù)據(jù)Cache，還可集成多個(gè)指令預(yù)取器、多個(gè)功能執(zhí)行單元，以及支持條件轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)的轉(zhuǎn)移歷史表（BHT）等。（5）重視優(yōu)化編譯技術(shù)。由于RISC體系結(jié)構(gòu)的指令簡(jiǎn)單，所以RISC體系結(jié)構(gòu)的性能在很大程度上依賴于編譯程序的有效性。RISC體系結(jié)構(gòu)指令的簡(jiǎn)單性可以簡(jiǎn)化編譯工作，因?yàn)樵诰幾g時(shí)不必在具有類似效果的指令中進(jìn)行選擇，同時(shí)因?yàn)閷ぶ贩绞缴伲膊槐貎?yōu)化尋址方式；RISC體系結(jié)構(gòu)指令長(zhǎng)度固定，指令格式少使得更換指令或取消指令變得很容易；因?yàn)镽ISC體系大部分指令能在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成，因而編譯程序比較容易調(diào)整指令流。




編輯推薦
《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》特色：將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的理論、方法和技術(shù)與目前行業(yè)發(fā)展的需要緊密結(jié)合。作者本著五個(gè)出發(fā)點(diǎn)來(lái)編寫此書。〈br〉保證《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》內(nèi)容的先進(jìn)性。在介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所必須掌握的知識(shí)的基礎(chǔ)上，以提高效率和系統(tǒng)優(yōu)化為目標(biāo)，介紹了現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方面先進(jìn)的技術(shù)方法，如指令級(jí)并行技術(shù)、同時(shí)多線程技術(shù)等。〈br〉實(shí)例詳細(xì)，淺顯易懂。通過(guò)各種代碼、實(shí)例等具體示例的詳細(xì)分析和說(shuō)明，有助于學(xué)習(xí)者閱讀。〈br〉合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)，循序漸進(jìn)地介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)注重系統(tǒng)性，使學(xué)生和讀者能夠建立起整機(jī)的概念〈br〉結(jié)合教學(xué)中的重點(diǎn)，難點(diǎn)，加強(qiáng)概念的可理解性，并與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合，注重學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備及能力的培養(yǎng)。〈br〉清晰地介紹技術(shù)發(fā)展的脈絡(luò)。《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》在介紹原理或算法時(shí)，介紹該技術(shù)的開發(fā)背景、應(yīng)用情況以及后續(xù)發(fā)展，開拓讀者實(shí)踐和創(chuàng)新的思維方式。最終向讀者清晰而全面地展現(xiàn)現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的原理和本質(zhì)，緊密結(jié)合行業(yè)發(fā)展，促使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容向?qū)嵱没托吕砟罘较蜓由臁?/pre>





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