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第1章 计算机系统结构的基本概念1

1.0 学习指南1

1.1 计算机系统的多层次结构2

1.2 计算机系统结构、组成与实现4

1.2.1 计算机系统结构、组成、实现的定义4

1.2.2 计算机系统结构、组成和实现的相互关系6

1.3 软硬件取舍与计算机系统的设计思路6

1.3.1 软硬件取舍的基本原则6

1.3.2 计算机系统的设计思路7

1.4 计算机设计的量化准则8

1.4.1 计算机系统设计的定量原理8

1.4.2 衡量计算机系统性能的主要标准10

1.4.3 计算机性能的比较11

1.4.4 计算机系统的性能评价13

1.5 对系统结构的影响因素14

1.5.1 软件对系统结构的影响14

1.5.2 器件和应用对系统结构的影响17

1.6 系统结构中的并行性18

1.6.1 并行性概念18

1.6.2 并行处理系统的结构与多机系统的耦合度20

1.7 计算机系统的分类21

1.7.1 Flynn分类法21

1.7.2 其他分类法22

习题125

第2章 数据表示与指令系统28

2.0 学习指南28

2.1 数据表示29

2.1.1 数据表示与数据结构29

2.1.2 高级数据表示29

2.1.3 引入数据表示的原则34

2.2 寻址方式34

2.2.1 寻址方式分析34

2.2.2 间接寻址方式与变址寻址方式的比较36

2.2.3 程序在主存中的定位技术38

2.3 指令系统的设计和优化39

2.3.1 指令操作码的优化39

2.3.2 指令字格式的优化43

2.4 指令系统的发展和改进44

2.4.1 CISC和RISC44

2.4.2 按CISC方向发展与改进指令系统44

2.4.3 按RISC方向发展与改进指令系统45

2.4.4 设计RISC的关键技术48

2.5 典型的RISC处理器53

2.5.1 ARM嵌入式处理器53

2.5.2 MIPS嵌入式处理器55

2.6 Intel嵌入式处理器56

2.6.1 Atom处理器56

2.6.2 Quark处理器57

习题258

第3章 输入／输出系统61

3.0 学习指南61

3.1 输入／输出系统概述61

3.2 磁盘阵列62

3.2.1 RAID简介62

3.2.2 RAID的分级63

3.3 总线设计65

3.3.1 总线特点65

3.3.2 总线的数据宽度66

3.3.3 总线定时控制67

3.3.4 总线的集中仲裁方式68

3.3.5 总线的分布仲裁方式70

3.4 通道处理机71

3.4.1 通道的作用和功能71

3.4.2 通道工作过程72

3.4.3 通道的类型73

3.4.4 通道中的数据传送过程75

3.4.5 通道的流量分析77

习题379

第4章 存储体系82

4.0 学习指南82

4.1 存储体系概念和并行存储系统83

4.1.1 存储体系的引出83

4.1.2 并行存储系统84

4.1.3 存储体系定义和分支87

4.1.4 存储体系的性能参数89

4.1.5 双口RAM93

4.2 虚拟存储系统94

4.2.1 虚拟存储管理方式94

4.2.2 页式虚拟存储系统构成100

4.2.3 页式虚拟存储系统实现中的问题109

4.3 高速缓冲存储器113

4.3.1 Cache存储系统基本结构114

4.3.2 地址映像和变换115

4.3.3 替换算法的实现123

4.3.4 Cache的透明性及性能分析125

4.4 Cache-主存-辅存三级层次129

4.5 ARM存储系统130

习题4131

第5章 流水线和向量处理机136

5.0 学习指南136

5.1 重叠方式137

5.1.1 重叠原理和一次重叠137

5.1.2 相关处理139

5.2 流水方式143

5.2.1 基本概念143

5.2.2 流水线处理机的主要性能147

5.2.3 流水线调度152

5.2.4 流水机器的相关处理和控制机构156

5.3 向量的流水处理与向量流水处理机159

5.3.1 向量的流水处理159

5.3.2 向量流水处理机161

5.4 指令级高度并行的超级处理机163

5.4.1 超标量处理机163

5.4.2 超流水线处理机166

5.4.3 超标量超流水线处理机169

5.4.4 三种指令级并行处理机性能比较172

5.4.5 超长指令字处理机174

5.5 ARM流水线处理器举例174

习题5176

第6章 并行处理机和互连网络181

6.0 学习指南181

6.1 并行处理机原理182

6.1.1 并行处理机定义及特点182

6.1.2 阵列处理机的构形与特点182

6.2 阵列处理机的并行算法184

6.3 互连网络的基本概念190

6.3.1 互连网络的设计目标及互连函数190

6.3.2 设计互连网络时应考虑的问题192

6.4 互连网络的种类193

6.4.1 静态互连网络193

6.4.2 循环互连网络195

6.4.3 基本的单级互连网络196

6.4.4 多级互连网络198

6.4.5 全排列网络203

6.5 并行存储器的无冲突访问204

习题6206

第7章 多处理机与多计算机209

7.0 学习指南209

7.1 多处理机概念210

7.1.1 多处理机定义210

7.1.2 多处理机分类211

7.1.3 多处理机特点和主要技术问题211

7.2 多处理机结构213

7.2.1 共享存储器结构213

7.2.2 分布式存储器结构218

7.2.3 大规模并行处理机219

7.2.4 机群220

7.3 多核处理器225

7.3.1 多核处理器定义与结构225

7.3.2 Intel多核处理器227

7.3.3 AMD多核处理器229

7.3.4 ARM多核处理器230

7.4 多处理机的多Cache一致性232

7.4.1 存储器一致性定义232

7.4.2 多Cache一致性问题的产生232

7.4.3 多Cache一致性问题解决方法234

7.5 多处理机的机间互连形式239

7.6 程序并行性241

7.6.1 并行算法241

7.6.2 程序段间的相关性分析242

7.6.3 并行程序设计语言243

7.7 多处理机的性能244

7.7.1 基本模型245

7.7.2 N台处理机系统的基本模型246

7.8 多处理机的操作系统248

7.8.1 主从型操作系统248

7.8.2 各自独立型操作系统249

7.8.3 浮动型操作系统249

习题7250

参考文献252