计算机系统结构

第1章 计算机系统结构导论 1 1.1 计算机系统结构的基本概念 1 1.1.1 计算机系统的层次结构 1 1.1.2 计算机系统的结构、组成与实现 4 1.1.3 计算机系统的特性 7 1.2 计算机系统结构中并行处理技术的发展 11 1.2.1 冯·诺依曼型计算机系统结构 11 1.2.2 并行性概念 13 1.2.3 提高并行性的技术途径 14 1.3 计算机系统的分类 19 1.4 计算机性能的评价 22 1.4.1 计算机系统设计和测评的基本原则 22 1.4.2 CPU性能公式 24 1.4.3 系统结构的性能评价标准 26 本章小结 28 习题1 29 第2章 指令系统 32 2.1 数据表示 32 2.1.1 数据表示的基本概念 32 2.1.2 高级数据表示 33 2.1.3 浮点数尾数的下溢处理 35 2.2 指令系统的优化设计 37 2.2.1 寻址方式分析 37 2.2.2 指令格式的优化 39 2.3 计算机指令系统的发展方向 46 2.3.1 CISC 46 2.3.2 RISC 48 2.3.3 RISC的新发展 52 本章小结 53 习题2 53 第3章 流水线技术与向量处理技术 56 3.1 流水线的基本原理 56 3.1.1 重叠解释方式 56 3.1.2 先行控制 58 3.1.3 流水技术原理 61 3.1.4 流水线的分类 63 3.2 流水线性能分析 66 3.2.1 吞吐率 66 3.2.2 加速比 70 3.2.3 效率 70 3.3 流水线中的相关及处理 73 3.3.1 局部性相关及处理 73 3.3.2 全局性相关及处理 75 3.3.3 非线性流水线的调度 78 3.3.4 流水机器的中断处理 81 3.4 先进的流水线调度技术 82 3.4.1 集中式动态调度方法——记分牌 83 3.4.2 分布式动态调度方法——Tomasulo算法 84 3.4.3 动态转移目标缓冲技术 87 3.5 指令级并行技术 88 3.5.1 超标量处理机 88 3.5.2 超长指令字处理机 90 3.5.3 超流水线处理机 91 3.5.4 超标量超流水线处理机 92 3.6 向量处理技术 96 3.6.1 向量处理方法 97 3.6.2 向量处理机 99 3.6.3 向量处理的性能 102 本章小结 104 习题3 105 第4章 存储系统 109 4.1 存储系统及性能 109 4.1.1 存储系统的层次结构 109 4.1.2 存储系统的性能参数 110 4.1.3 存储系统的相关问题 113 4.2 并行主存系统 113 4.2.1 主存系统的频宽分析 113 4.2.2 单体多字存储器 115 4.2.3 交叉访问存储器 115 4.2.4 提高存储器频宽的方法 117 4.3 虚拟存储器 119 4.3.1 虚拟存储器的工作原理 119 4.3.2 虚拟存储器的管理方式及地址变换 119 4.3.3 替换算法 125 4.3.4 虚拟存储器中的相关技术 132 4.3.5 虚拟存储器的工作过程 136 4.4 高速缓冲存储器 138 4.4.1 Cache的基本原理 138 4.4.2 地址映像与地址变换 139 4.4.3 Cache的替换算法及实现 145 4.4.4 Cache的性能分析 147 本章小结 153 习题4 153 第5章 并行处理机 157 5.1 并行处理机的结构与特点 157 5.1.1 并行处理机的结构 157 5.1.2 并行处理机的特点 159 5.1.3 并行处理机的算法 160 5.2 并行处理机的互连网络 164 5.2.1 互连网络设计的相关内容 164 5.2.2 网络部件 165 5.2.3 互连函数 165 5.2.4 互连函数特性参数 169 5.2.5 静态连接网络 171 5.2.6 动态连接网络 178 5.3 几种典型的并行处理机 191 5.3.1 ILLIAC-Ⅳ阵列处理机 191 5.3.2 BSP计算机 193 本章小结 197 习题5 197 参考文献 200