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目录1

出版说明1

前言1

第1章 计算机体系结构的基本概念1

1.1 引论1

1.2 计算机体系结构的概念1

1.2.1 计算机系统中的层次概念1

1.2.2 计算机体系结构定义3

1.2.3 计算机组成与实现技术4

1.3 计算机体系结构的发展5

1.3.1 存储程序计算机体系结构及其发展6

1.3.2 计算机的分代和分型8

1.3.3 应用需求的发展10

1.3.4 计算机实现技术的发展11

1.4 计算机体系结构中并行性的发展11

1.4.1 并行性概念12

1.4.2 提高并行性的技术途径12

1.5 定量分析技术基础14

1.5.1 计算机性能的评测14

1.5.2 系统结构的评测标准15

1.5.3 性能设计和评测的基本原则17

1.5.4 CPU的性能19

1.6 小结22

1.7 习题22

第2章 指令系统24

2.1 指令集结构的分类24

2.1.1 指令集结构分类24

2.1.2 通用寄存器型指令集结构的分类26

2.2 寻址技术27

2.3 指令集结构的功能设计30

2.3.1 CISC计算机指令集结构的功能设计31

2.3.2 RISC计算机指令集结构的功能设计32

2.3.3 控制指令34

2.4 操作数的类型、表示和大小35

2.5 指令集格式的设计37

2.5.1 寻址方式的表示方法37

2.5.2 指令集格式的选择37

2.6 指令格式的优化38

2.6.1 操作码优化表示41

2.6.3 定长指令字操作码同地址码配合44

2.6.2 地址码优化表示44

2.7.1 IBM 370指令系统46

2.7 指令系统分析46

2.7.2 增设辅助操作码50

2.7.3 用一条指令代替一串指令51

2.7.4 对高级语言优化的改进52

2.8 小结54

2.9 习题55

3.1 先行控制技术56

3.1.1 指令的执行方式56

第3章 流水线技术56

3.1.2 先行控制方式的原理57

3.2 流水线概述58

3.2.1 流水线的基本概念58

3.2.2 流水线的分类60

3.3 流水线中的相关61

3.3.1 流水线性能分析61

3.3.2 流水线的结构相关67

3.3.3 流水线的数据相关67

3.3.4 流水线的控制相关70

3.4.1 非线性流水线的表示75

3.4 非线性流水线75

3.4.2 非线性流水线的调度技术77

3.5 超标量和超流水线处理机80

3.5.1 超标量处理机80

3.5.2 超流水线处理机83

3.6 向量处理机86

3.6.1 向量处理方式和向量处理机86

3.6.2 向量处理机实例分析89

3.7 小结89

3.8 习题90

第4章 存储系统91

4.1 存储系统原理91

4.1.1 存储系统定义91

4.1.2 存储系统的性能指标93

4.1.3 频带平衡94

4.1.4 并行存储器95

4.1.5 交叉访问存储器96

4.2 高速缓冲存储器（Cache）99

4.2.1 基本工作原理100

4.2.2 地址映像与变换方法101

4.2.3 替换算法及其实现110

4.2.4 Cache的性能分析113

4.3 虚拟存储器117

4.3.1 虚拟存储器工作原理117

4.3.2 地址的映像与变换118

4.3.3 加快内部地址变换的方法123

4.3.4 页面替换算法及其实现128

4.3.5 提高主存命中率的方法132

4.4 习题134

第5章 输入／输出系统137

5.1 概述137

5.2 存储设备类型137

5.2.1 磁盘137

5.2.2 磁盘的未来139

5.2.3 使用DRAM作磁盘140

5.2.4 光盘141

5.2.5 磁带141

5.2.6 自动磁带库141

5.3.1 中断系统的软硬件功能分配142

5.3 中断系统142

5.3.2 中断屏蔽144

5.4 总线——连接I/O设备到CPU和存储器148

5.4.1 总线设计决策149

5.4.2 总线标准151

5.4.3 存储设备与CPU的接口152

5.4.4 CPU授权I/O操作153

5.5 通道处理机154

5.5.1 通道的作用和功能154

5.5.2 通道的工作过程155

5.5.3 通道种类156

5.5.4 通道中的数据传送过程159

5.5.5 通道的流量分析160

5.6 I/O性能评测161

5.7 可靠性、可用性和RAID163

5.7.1 镜像（RAID1）164

5.7.2 位交叉奇偶校验（RAID3）164

5.7.3 块交叉分布奇偶校验（RAID5）165

5.8 I/O系统设计165

5.9 习题166

6.2 并行系统结构的分类168

第6章 多处理机168

6.1 简介168

6.3 多处理机的性能模型170

6.3.1 基本模型171

6.3.2 N台处理机系统的基本模型172

6.3.3 多处理机模型173

6.4 多处理机的Cache一致性174

6.4.1 Cache一致性问题的由来174

6.4.2 监听协议176

6.4.3 基于目录的协议179

6.5 互联网络182

6.5.1 互联网络的性能参数182

6.5.2 静态连接网络185

6.5.3 动态连接网络189

6.6 多处理机实例192

6.6.1 MPP193

6.6.2 对称多处理机195

6.7 习题200

7.2.1 机群系统的组成201

7.2 机群系统的组成和特点201

7.1 机群系统概述201

第7章 机群系统201

7.2.2 机群系统的特点202

7.2.3 微机机群技术203

7.2.4 微机机群的可靠性205

7.2.5 微机机群的优势206

7.2.6 微机机群的局限207

7.2.7 微机机群的发展趋势208

7.3 机群系统的通信技术209

7.4 并行程序设计环境（MPI）213

7.4.1 MPI的基本概念214

7.4.2 MPI的特点215

7.4.3 目前主要的MPI实现216

7.5 机群系统的负载平衡技术216

7.5.1 负载平衡的基本问题216

7.5.2 负载平衡系统的主要技术217

7.5.3 负载平衡系统设计的考虑因素218

7.5.4 机群系统负载平衡技术的研究状况220

7.6 习题221

参考文献222