計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)教學(xué)與習(xí)題指導(dǎo)

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)教學(xué)與習(xí)題指導(dǎo)》是國家精品課程主講教材《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》的配套教學(xué)用書。各章包括教學(xué)指南、主要內(nèi)容、典型題目解析、習(xí)題及習(xí)題解答4個(gè)部分。教學(xué)指南對每一章學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，理清學(xué)習(xí)的重點(diǎn)、要點(diǎn)、難點(diǎn)和范圍。主要內(nèi)容包括每一章的基本理論、基本概念、基本公式、基本方法等內(nèi)容摘要，對每一章的主要內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，檢查每一章基本內(nèi)容的掌握情況。例題對課程中的典型習(xí)題進(jìn)行指導(dǎo)性分析，重在題目類型、解題方法、解題思路和解題要點(diǎn)，學(xué)生也可以根據(jù)這一部分的內(nèi)容對照檢查自己的學(xué)習(xí)情況，檢查自己計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的解題能力。
　　《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)教學(xué)與習(xí)題指導(dǎo)》是教師講授“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)參考書，也可以作為學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的參考用書。

作者簡介

張春元，1996年在國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)系獲工學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)任國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科博士生導(dǎo)師，IEEE／ACM會(huì)員，現(xiàn)擔(dān)任中國學(xué)位與研究生教育學(xué)會(huì)信息管理委員會(huì)副主任委員、《學(xué)位與研究生教育》雜志編輯，享有國務(wù)院頒發(fā)的政府特殊津貼。長期從事計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)研究和教學(xué)工作。主持國家自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家863高技術(shù)研究項(xiàng)目、國家973安全重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、國家重點(diǎn)型號(hào)項(xiàng)目及企業(yè)合作等20多項(xiàng)，近五年發(fā)表科研論文50余篇，出版學(xué)術(shù)專著1部，已獲授權(quán)專利10項(xiàng)。指導(dǎo)博士獲全國百篇優(yōu)秀博士論文提名1人。主講過10多門本科生和研究生課程，是國家精品課程“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”主講人之一，參與撰寫教材3本，其中《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》獲得“2002年全國普通高等學(xué)校優(yōu)秀教材二等獎(jiǎng)”，發(fā)表教學(xué)研究文章10余篇，主編出版有《學(xué)位與研究生教育信息管理實(shí)踐與探索》。獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1次，軍隊(duì)或省部級科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2次、二等獎(jiǎng)2次、三等獎(jiǎng)2次，軍隊(duì)教學(xué)優(yōu)秀一等獎(jiǎng)一次，湖南省教學(xué)成果三等獎(jiǎng)1次。羅莉，1997年在國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)系獲工學(xué)博士學(xué)位?，F(xiàn)任國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院副教授、碩士生導(dǎo)師，國家精品課程“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”和“計(jì)算機(jī)原理”主講人之一。國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院高性能計(jì)算機(jī)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的核心成員，該團(tuán)隊(duì)獲“軍隊(duì)首屆科技創(chuàng)新群體獎(jiǎng)”。中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)會(huì)員，主要研究方向包括高性能微處理器體系結(jié)構(gòu)、SOC設(shè)計(jì)技術(shù)等，作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和主要完成人參加國家自然科學(xué)基金、國家863高技術(shù)項(xiàng)目、國家973安全重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、國家重點(diǎn)型號(hào)項(xiàng)目等20余項(xiàng)。近五年發(fā)表論文40余篇，參與撰寫教材兩本，獲軍隊(duì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1次、二等獎(jiǎng)2次、三等獎(jiǎng)2次，獲國家授權(quán)專利2項(xiàng)。肖曉強(qiáng)，2000年獲得博士學(xué)位，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，現(xiàn)任國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心主任，軍隊(duì)專業(yè)技術(shù)三類崗位津貼獲得者，軍隊(duì)育才獎(jiǎng)銀獎(jiǎng)獲得者，“計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)”、“計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展”等多個(gè)期刊的審稿人。國家精品課程“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”和“計(jì)算機(jī)原理”主講人之一，先后為本科生主講了“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”、“計(jì)算機(jī)原理與設(shè)計(jì)”、“微型計(jì)算機(jī)原理”、“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”、“嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”以及“仿真與模擬技術(shù)”等多門課程，為研究生主講了“系統(tǒng)模型與模擬”課程。已編寫出版了《計(jì)算機(jī)原理與設(shè)計(jì)》和《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》等本科教材和3部教學(xué)輔導(dǎo)書。主要從事網(wǎng)絡(luò)可靠性分析以及計(jì)算機(jī)仿真等方面的科研工作，在網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)測量、可靠性分析以及計(jì)算機(jī)建模與仿真等方面有較深入的研究。主持與參與多項(xiàng)科研項(xiàng)目，取得了多項(xiàng)研究成果，獲軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1次。近年來，在國際會(huì)議、國內(nèi)期刊發(fā)表論文10余篇，教學(xué)研究論文7篇。

書籍目錄

第1章　計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的概念
　1.1　教學(xué)指南
　1.2　主要內(nèi)容
　1.2.1　計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的有關(guān)概念
　1.2.2　計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展
　1.2.3　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析
　1.3　典型題目解析
　1.4　習(xí)題及習(xí)題解答
第2章　指令系統(tǒng)
　2.1　教學(xué)指南
　2.2　主要內(nèi)容
　2.2.1　指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類
　2.2.2　尋址方式
　2.2.3　指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化
　2.2.4　指令系統(tǒng)的發(fā)展和改進(jìn)
　2.2.5　操作數(shù)的類型和大小
　2.2.6　MIPS指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　2.3　習(xí)題及習(xí)題解答
第3章　流水線技術(shù)
　3.1　教學(xué)指南
　3.2　主要內(nèi)容
　3.2.1　流水線的基本概念
　3.2.2　MIPS的基本流水線
　3.2.3　流水線中的相關(guān)
　3.2.4　流水線計(jì)算機(jī)實(shí)例分析
?。∕IPS　R4000）
　3.2.5　向量處理機(jī)
　3.3　典型題目解析
　3.4　習(xí)題及習(xí)題解答
第4章　指令級并行
　4.1　教學(xué)指南
　4.2　主要內(nèi)容
　4.2.1　指令級并行的概念
　4.2.2　指令的動(dòng)態(tài)調(diào)度
　4.2.3　控制相關(guān)的動(dòng)態(tài)解決技術(shù)
　4.2.4　多指令流出技術(shù)
　4.3　典型題目解析
　4.4　習(xí)題及習(xí)題解答
第5章　存儲(chǔ)層次
　5.1　教學(xué)指南
　5.2　主要內(nèi)容
　5.2.1　存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)
　5.2.2　Cache基本知識(shí)
　5.2.3　降低Cache失效率的方法
　5.2.4　減少Cache失效開銷的方法
　5.2.5　減少Cache命中時(shí)間的方法
　5.2.6　主存
　5.2.7　虛擬存儲(chǔ)器
　5.2.8　存儲(chǔ)層次實(shí)例
　5.3　典型題目分析
　5.4　習(xí)題及習(xí)題解答
第6章　輸入輸出系統(tǒng)
　6.1　教學(xué)指南
　6.2　主要內(nèi)容
　6.2.1　存儲(chǔ)設(shè)備
　6.2.2　I/O系統(tǒng)的性能分析
　6.2.3　I/O系統(tǒng)的可靠性
　6.2.4　RAID技術(shù)
　6.2.5　總線技術(shù)
　6.2.6　通道技術(shù)
　6.2.7　I/O系統(tǒng)性能與操作系統(tǒng)的關(guān)系
　6.3　典型題目分析
　6.4　習(xí)題及習(xí)題解答
第7章　多處理機(jī)
　7.1　教學(xué)指南
　7.2　主要內(nèi)容
　7.2.1　并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的分類
　7.2.2　多處理機(jī)中的存儲(chǔ)器一致性
　7.2.3　對稱式共享存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)中的監(jiān)聽協(xié)議
　7.2.4　分布式共享存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)中的目錄協(xié)議
　7.2.5　靜態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與動(dòng)態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)
　7.2.6　同步
　7.3　典型題目分析
　7.4　習(xí)題及習(xí)題解答
第8章　機(jī)群計(jì)算機(jī)
　8.1　教學(xué)指南
　8.2　主要內(nèi)容
　8.2.1　機(jī)群的基本概念和結(jié)構(gòu)
　8.2.2　機(jī)群的特點(diǎn)
　8.2.3　機(jī)群的分類
　8.3　習(xí)題及習(xí)題解答
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：（2）當(dāng)處理器通信方式復(fù)雜或程序執(zhí)行動(dòng)態(tài)變化時(shí)易于編程，同時(shí)在簡化編譯器設(shè)計(jì)方面也占有優(yōu)勢。（3）當(dāng)通信數(shù)據(jù)較小時(shí)，通信開銷較低，帶寬利用較好。（4）通過硬件控制的Cache減少了遠(yuǎn)程通信的頻度，減少了通信延遲以及對共享數(shù)據(jù)的訪問沖突。消息傳遞通信機(jī)制的主要優(yōu)點(diǎn)列舉如下。（1）硬件較簡單。（2）通信是顯式的，從而引起編程者和編譯程序的注意，著重處理開銷大的通信。在共享存儲(chǔ)器上支持消息傳遞相對簡單，因?yàn)榘l(fā)送一條消息可通過將一部分地址空間的內(nèi)容復(fù)制到另一部分地址空間來實(shí)現(xiàn)。相反，在消息傳遞的硬件上支持共享存儲(chǔ)器就困難得多，所有對共享存儲(chǔ)器的訪問均要求操作系統(tǒng)提供地址轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)保護(hù)功能，即將存儲(chǔ)器訪問轉(zhuǎn)換為消息的發(fā)送和接收，因而實(shí)現(xiàn)通信時(shí)軟件的巨大開銷嚴(yán)重地限制了可支持的應(yīng)用程序范圍。最初的分布式存儲(chǔ)器機(jī)器均采用消息傳遞機(jī)制，因?yàn)樗@然較為簡單，但從長遠(yuǎn)來看，在技術(shù)上的趨勢是朝著中等規(guī)模的分布式共享存儲(chǔ)器機(jī)器方向發(fā)展。7.2.2 多處理機(jī)中的存儲(chǔ)器一致性由于多個(gè)處理器可以對相同的存儲(chǔ)空間進(jìn)行讀寫，故多處理機(jī)的設(shè)計(jì)必須解決好存儲(chǔ)器的一致性問題。1.存儲(chǔ)器的一致性如果對某個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的任何讀操作均可得到其最新寫入的值，則認(rèn)為這個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)是一致的。具體來說，若一個(gè)存儲(chǔ)器滿足以下3點(diǎn)，則稱該存儲(chǔ)器是一致的。（1）處理器P對X單元進(jìn)行一次寫之后又對X單元進(jìn)行讀，讀和寫之間沒有其他處理器對X單元進(jìn)行寫，則讀的返回值總是寫進(jìn)的值。（2）一個(gè)處理器對X單元進(jìn)行寫之后，另一處理器對X單元進(jìn)行讀，讀和寫之間無其他寫，則讀X單元的返回值應(yīng)為寫進(jìn)的值。（3）對同一單元的寫是順序化的，即任意兩個(gè)處理器對同一單元的兩次寫，從所有處理器看來順序都應(yīng)是相同的。例如，對同一地址先寫1，再寫2，任何處理器均不會(huì)先讀到2，然后又讀到1。盡管上面3條已充分地保證了一致性，什么時(shí)候才能獲得寫進(jìn)去的值仍是一個(gè)重要的問題。通常不可能要求在一個(gè)處理器對X寫后立刻就能在另外的處理器上讀出這一值，因?yàn)檫@在實(shí)現(xiàn)上較為復(fù)雜。

編輯推薦

《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)教學(xué)與習(xí)題指導(dǎo)》國內(nèi)第一門計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)國家精品課程的教學(xué)和習(xí)題指導(dǎo)教材，充分結(jié)合了作者在國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院多年的教學(xué)、科研經(jīng)驗(yàn)和成果。《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)教學(xué)與習(xí)題指導(dǎo)》作為《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》配套用書，包括教學(xué)指南、主要內(nèi)容、典型題目解析、習(xí)題及習(xí)題解答，可以幫助教師開展教學(xué)，也可幫助學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)和檢查，提高分析問題和解決問題的能力。內(nèi)容的可讀性好，語言簡練，深入淺出，通俗易懂。適合作為高校計(jì)算機(jī)專業(yè)教師、本科生及研究生學(xué)習(xí)的輔助教材。

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