計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

內(nèi)容概要

本書(shū)講述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、基本原理、基本結(jié)構(gòu)、基本分析方法以及近年來(lái)的重要進(jìn)展。     全書(shū)共分8章。第1章講述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成、實(shí)現(xiàn)的定義和相互關(guān)系，軟硬取舍原則及設(shè)計(jì)方法，軟件移植手段，應(yīng)用與器件對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響，并行性發(fā)展與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分類(lèi)。第2章講述數(shù)據(jù)表示，尋址方式，指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，RISC技術(shù)。第3章講述總線，中斷系統(tǒng)，通道處理機(jī)和外圍處理機(jī)。第4章講述存貯體系，虛擬存貯器，Cache存貯器，主存保護(hù)。第5章講述重疊，流水，向量處理機(jī)，超標(biāo)量、超長(zhǎng)指令字、超流水線處理機(jī)。第6章講述并行處理機(jī)和相聯(lián)處理機(jī)。第7章講述多處理機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、程序并行性、性能分析和操作系統(tǒng)。第8章講述脈動(dòng)陣列機(jī)，數(shù)據(jù)流機(jī)，歸約機(jī)，智能機(jī)，大規(guī)模并行處理機(jī)(MPP)和機(jī)群系統(tǒng)。     本書(shū)內(nèi)容豐富，每章均有大量習(xí)題，可作為計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)本科生和有關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生的教材，也可作為科技人員的參考書(shū)。

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第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念  1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多級(jí)層次結(jié)構(gòu)  1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實(shí)現(xiàn)   1.2.1 結(jié)構(gòu)、組成與實(shí)現(xiàn)   1.2.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成和實(shí)現(xiàn)三者的相互影響  1.3 軟硬取舍與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路   1.3.1 軟硬取舍的基本原則   1.3.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路  1.4 軟件、應(yīng)用、器件對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響   1.4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須解決好軟件的可移植性    1.統(tǒng)一高級(jí)語(yǔ)言    2.采用系列機(jī)思想    3.模擬與仿真   1.4.2 應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響   1.4.3 器件發(fā)展對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響  1.5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的并行性發(fā)展及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類(lèi)   1.5.1 并行性概念    1.并行性的含義與并行性級(jí)別    2.并行性開(kāi)發(fā)的途徑   1.5.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的并行性發(fā)展    1.1960年以前    2.1960年至1970年    3.1970年至1980年    4.1980年至1990年    5.1990年以來(lái)   1.5.3 并行處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與多機(jī)系統(tǒng)的耦合度    1.并行處理計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)    2.多機(jī)系統(tǒng)的耦合度   1.5.4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類(lèi)  習(xí)題 第2章 數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)  2.1 數(shù)據(jù)表示   2.1.1 數(shù)據(jù)表示與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)   2.1.2 高級(jí)數(shù)據(jù)表示    1.自定義數(shù)據(jù)表示    2.向量數(shù)組數(shù)據(jù)表示    3.堆棧數(shù)據(jù)表示   2.1.3 引入數(shù)據(jù)表示的原則   2.1.4 浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值大小和下溢處理方法的選擇    1.浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值的選擇    2.浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)的下溢處理方法  2.2 尋址方式   2.2.1 尋址方式分析   2.2.2 邏輯地址與主存物理地址  2.3 指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)   2.3.1 指令格式的優(yōu)化    1.操作碼的優(yōu)化表示    2.指令字格式的優(yōu)化   2.3.2 按增強(qiáng)指令功能的方向發(fā)展與改進(jìn)指令系統(tǒng)    1.面向目標(biāo)程序的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)來(lái)改進(jìn)    2.面向高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)來(lái)改進(jìn)    3.面向操作系統(tǒng)的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)來(lái)改進(jìn)   2.3.3 按簡(jiǎn)化指令功能的方向發(fā)展與改進(jìn)指令系統(tǒng)    1.精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)思想的提出    2.RISC結(jié)構(gòu)采用的基本技術(shù)    3.RISC技術(shù)的發(fā)展  習(xí)題 第3章 總線、中斷與輸入輸出系統(tǒng)  3.1 輸入輸出系統(tǒng)概述  3.2 總線設(shè)計(jì)   3.2.1 總線的類(lèi)型   3.2.2 總線的控制方式   3.2.3 總線的通信技術(shù)    1.同步通信    2.異步通信   3.2.4 數(shù)據(jù)寬度與總線線數(shù)    1.數(shù)據(jù)寬度    2.總線的線數(shù)  3.3 中斷系統(tǒng)   3.3.1 中斷的分類(lèi)和分級(jí)   3.3.2 中斷系統(tǒng)的軟硬件功能分配  3.4 通道處理機(jī)   3.4.1 工作原理   3.4.2 通道流量的分析  3.5 外圍處理機(jī)  習(xí)題 第4章 存貯體系  4.1 存貯體系的形成與性能   4.1.1 發(fā)展存貯體系的必要性   4.1.2 并行主存系統(tǒng)頻寬的分析   4.1.3 存貯體系的形成與分支   4.1.4 存貯體系的性能參數(shù)  4.2 虛擬存貯器   4.2.1 不同的虛擬存貯管理方式    1.段式管理    2.頁(yè)式管理    3.段頁(yè)式管理   4.2.2 頁(yè)式虛擬存貯器構(gòu)成    1.地址的映象和變換    2.替換算法    3.虛擬存貯器工作的全過(guò)程   4.2.3 頁(yè)式虛擬存貯器實(shí)現(xiàn)中的問(wèn)題    1.頁(yè)面失效的處理    2.提高虛擬存貯器等效訪問(wèn)速度的措施    3.影響主存命中率和CPU效率的某些因素  4.3 高速緩沖存貯器(Cache)   4.3.1 基本結(jié)構(gòu)   4.3.2 地址的映象與變換    1.全相聯(lián)映象和變換    2.直接映象及其變換    3.組相聯(lián)映象及其變換    4.段相聯(lián)映象   4.3.3 替換算法的實(shí)現(xiàn)    1.堆棧法    2.比較對(duì)法   4.3.4 Cache的透明性及性能分析    1.Cache的透明性分析    2.Cache的取算法    3.任務(wù)切換對(duì)失效率的影響    4.影響Cache存貯器性能的因素   4.3.5 “Cache-主存-輔存”存貯層次  4.4 主存保護(hù)  習(xí)題 第5章 重疊、流水和向量處理機(jī)  5.1 重疊解釋方式   5.1.1 基本思想和一次重疊   5.1.2 相關(guān)處理    1.指令相關(guān)的處理    2.主存空間數(shù)相關(guān)的處理    3.通用寄存器組相關(guān)的處理  5.2 流水方式   5.2.1 基本概念    1.流水是重疊的引申    2.流水線的分類(lèi)   5.2.2 流水線處理機(jī)的主要性能    1.吞吐率    2.效率    3.流水線工作舉例   5.2.3 流水機(jī)器的相關(guān)處理和控制機(jī)構(gòu)    1.局部性相關(guān)的處理    2.全局性相關(guān)的處理    3.流水機(jī)器的中斷處理    4.流水線調(diào)度  5.3 向量的流水處理與向量流水處理機(jī)   5.3.1 向量的流水處理   5.3.2 向量流水處理機(jī)    1.向量處理機(jī)的指令系統(tǒng)    2.向量流水處理機(jī)的結(jié)構(gòu)    3.超級(jí)向量流水處理機(jī)舉例  5.4 指令級(jí)高度并行的超級(jí)處理機(jī)   5.4.1 超標(biāo)量處理機(jī)   5.4.2 超長(zhǎng)指令字處理機(jī)   5.4.3 超流水線處理機(jī)  習(xí)題 第6章 并行處理機(jī)和相聯(lián)處理機(jī)  6.1 并行處理機(jī)原理   6.1.1 并行處理機(jī)的構(gòu)形與特點(diǎn)    1.并行處理機(jī)的基本構(gòu)形    2.并行處理機(jī)的特點(diǎn)   6.1.2 并行處理機(jī)的算法    1.ILLIACⅣ的處理單元陣列結(jié)構(gòu)    2.陣列處理機(jī)的算法舉例   6.1.3 SIMD計(jì)算機(jī)的互連網(wǎng)絡(luò)    1.互連網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)目標(biāo)及互連函數(shù)    2.基本的單級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)    3.多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)    4.全排列網(wǎng)絡(luò)   6.1.4 并行存貯器的無(wú)沖突訪問(wèn)  6.2 并行處理機(jī)舉例   6.2.1 ILLIACⅣ陣列處理機(jī)   6.2.2 BSP科學(xué)處理機(jī)   6.2.3 MPP位平面陣列處理機(jī)   6.2.4 CM連接機(jī)  6.3 相聯(lián)處理機(jī)   6.3.1 相聯(lián)處理機(jī)和相聯(lián)存貯器的組成    1.相聯(lián)處理機(jī)的特點(diǎn)和組成    2.相聯(lián)存貯器的組成及相聯(lián)處理機(jī)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型   6.3.2 相聯(lián)檢索算法   6.3.3 相聯(lián)處理機(jī)結(jié)構(gòu)舉例    1.PEPE系統(tǒng)    2.STARAN系統(tǒng)  習(xí)題 第7章 多處理機(jī)  7.1 多處理機(jī)的特點(diǎn)及主要技術(shù)問(wèn)題  7.2 多處理機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)   7.2.1 緊耦合和松耦合    1.緊耦合多處理機(jī)    2.松耦合多處理機(jī)   7.2.2 機(jī)間互連形式    1.總線形式    2.環(huán)形互連形式    3.交叉開(kāi)關(guān)形式    4.多端口存貯器形式    5.開(kāi)關(guān)樞紐結(jié)構(gòu)形式   7.2.3 存貯器組織    1.并行主存貯器的構(gòu)成    2.多Cache的一致性問(wèn)題  7.3 程序并行性   7.3.1 并行算法    1.算術(shù)表達(dá)式的并行運(yùn)算    2.遞歸程序的并行性   7.3.2 程序并行性的分析   7.3.3 并行程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言  7.4 多處理機(jī)的性能   7.4.1 任務(wù)粒度與系統(tǒng)性能   7.4.2 性能模型與分析    1.??N=2??且計(jì)算與通信不能重疊    2.??N>2??且計(jì)算與通信不能重疊    3.額外開(kāi)銷(xiāo)與計(jì)算工作可以重疊    4.機(jī)間通信可以多路同時(shí)進(jìn)行  7.5 多處理機(jī)的操作系統(tǒng)   7.5.1 多處理機(jī)操作系統(tǒng)的難度和特點(diǎn)    1.多處理機(jī)操作系統(tǒng)的難度    2.多處理機(jī)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)   7.5.2 多處理機(jī)操作系統(tǒng)的類(lèi)型    1.主從型    2.各自獨(dú)立型    3.浮動(dòng)型   7.5.3 多處理機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展  習(xí)題 第8章 具有現(xiàn)代特色的計(jì)算機(jī)  8.1 脈動(dòng)陣列機(jī)   8.1.1 脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)的原理   8.1.2 面向特定算法的脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)   8.1.3 通用的脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)  8.2 數(shù)據(jù)流機(jī)   8.2.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的概念   8.2.2 數(shù)據(jù)流程序圖和語(yǔ)言    1.數(shù)據(jù)流程序圖    2.數(shù)據(jù)流語(yǔ)言   8.2.3 數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)    1.靜態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)    2.動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)   8.2.4 數(shù)據(jù)流機(jī)器存在的問(wèn)題  8.3 歸約機(jī)   8.3.1 函數(shù)式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言   8.3.2 面向函數(shù)程序設(shè)計(jì)的歸約機(jī)    1.歸約機(jī)的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    2.串歸約機(jī)    3.圖歸約機(jī)  8.4 智能機(jī)   8.4.1 智能信息處理與智能機(jī)   8.4.2 智能機(jī)的結(jié)構(gòu)及所用的機(jī)器語(yǔ)言    1.智能機(jī)的結(jié)構(gòu)    2.邏輯程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言    3.智能計(jì)算機(jī)的進(jìn)展  8.5 大規(guī)模并行處理機(jī)MPP與機(jī)群系統(tǒng)  習(xí)題 參考文獻(xiàn)

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