计算机系统结构（第二版）

第一章 计算机系统结构的基本概念
1. 1 计算机系统结构
1. 1. 1 计算机系统层次结构
1. 1. 2 计算机系统结构定义
1. 1. 3 计算机组成与实现
1. 1. 4 计算机系统结构的分类
1. 2 计算机系统设计技术
1. 2. 1 计算机系统设计的定量原理
1. 2. 2 计算机系统设计者的主要任务
1. 2. 3 计算机系统设计的主要方法
1. 3 系统结构的评价标准
1. 3. 1 性能
1. 3. 2 成本
1. 4 计算机系统结构的发展
1. 4. 1 冯·诺依曼结构
1. 4. 2 软件对系统结构的影响
1. 4. 3 价格对系统结构的影响
1. 4. 4 应用对系统结构的影响
1. 4. 5 VLSI对系统结构的影响
1. 4. 6 技术的发展对价格的影响
1. 4. 7 算法和系统结构
习题一
第二章 指令系统
2. 1 数据表示
2. 1. 1 数据表示与数据类型
2. 1. 2 浮点数据表示
2. 1. 2. l 俘点数的表数范围
2. 1. 2. 2 浮点数的表数精度
2. 1. 2. 3 浮点数的表数效率
2. 1. 2. 4 浮点数尾数基值的选择
2. 1. 2. 5 浮点数格式的设计
2. 1. 2. 6 浮点数的舍入处理
2. 1. 2. 7 警戒位的设置方法
2. 1. 3 自定义数据表示
2. 1. 3. 1 带标志符的数据表示法
2. 1. 3. 2 数据描述符表示法
2. 2 寻址技术
2. 2.1 编址方式
2. 2. 1. 1 编址单位
2. 2. 1. 2 零地址空间个数
2. 2. 1. 3 输入输出设备的非线性编址
2. 2. 1. 4 并行存储器的编址技术
2. 2. 2 寻址方式
2. 2. 2. 1 寻址方式的设计思想
2. 2. 2. 2 间接寻址与变址寻址
2. 2. 2. 3 寄存器寻址
2. 2. 2. 4 堆栈寻址方式
2. 2. 3 定位方式
2. 2. 3. 1 逻辑地址与物理地址
2. 2. 3. 2 直接定位方式
2. 2. 3. 3 静态定位方式
2. 2. 3. 4 动态定位方式
2. 3 指令格式的优化设计
2. 3. 1 指令的组成
2. 3. 2 操作码的优化表示
2. 3. 2. 1 固定长操作码
2. 3. 2. 2 Huffman编码法
2. 3. 2. 3 扩展编码法
2. 3. 3 地址码的优化表示
2. 3. 3. 1 地址码个数的选择
2. 3. 3. 2 缩短地址码长度的方法
2. 3. 4 指令格式设计举例
2. 4 指令系统的功能设计
2. 4. 1 基本指令系统
2. 4. 2 复杂指令系统 CISC
2. 4. 2. 1 目标程序的优化
2. 4. 2. 2 对高级语言编译程序的支持
2. 4. 2. 3 操作系统的优化实现
2. 4. 3 精简指令系统 RISC
2. 4. 3. 1
从 CISC到RISC
2. 4. 3. 2 RISC的定义与特点
2. 4. 3. 3 减少指令平均执行周期数是RISC思想的精华
2. 4. 3. 4 RISC的关键技术
2. 4. 3. 5 RISC优化编译技术
习题二
第三章 存储系统
3. 1 存储系统原理
3. 1. 1 存储系统的定义
3. 1. 2 存储器的层次结构
3. 1. 3 频带平衡
3. 1. 4 并行存储器
3. 1. 4. 1 并行访问存储器
3. 1. 4. 2 交叉访问存储器
3. 1. 4. 3 一种无访问冲突存储器
3. 2 虚拟存储器
3. 2. 1 虚拟存储器工作原理
3. 2. 2 地址的映象与变换
3. 2. 2. 1 段式虚拟存储器
3. 2. 2. 2 页式虚拟存储器
3. 2. 2. 3 段页式虚拟存储器
3. 2. 2. 4 外部地址变换
3. 2. 3 加快内部地址变换的方法
3. 2. 3. 1 目录表
3. 2. 3. 2 快慢表
3. 2. 3. 3 散列函数
3. 2. 3. 4 虚拟存储器举例
3. 2. 4 页面替换算法及其实现
3. 2. 4. 1 页面替换算法
3. 2. 4. 2 堆栈型替换算法
3. 2. 4. 3 页面替换算法的实现
3. 2. 5 提高主存命中率的方法
3. 2. 5. 1 页面大小的选择
3. 2. 5. 2 主存容量
3. 2. 5. 3 页而调度方式
3. 3 高速缓冲存储器 Cache
3. 3. 1 基本工作原理
3. 3. 2 地址映象怀变换方法
3. 3. 2. 1 全相联映象及其变换
3. 3. 2. 2 直接映象及其变换
3. 3. 2. 3 组相联映象及其变换
3. 3. 2. 4 位选择组相联映象及其变换
3. 3. 2. 5 段相联映象及其变换
3. 3. 3 Cache替换算法及其实现
3. 3. 3. 1 轮换法及其实现
3. 3. 3. 2 LFU算法及其实现
3. 3. 3. 3 比较对法
3. 3. 3. 4 堆栈法
3. 3. 4 Cache的性能分析
3. 3. 4. 1 Cache系统的加速比
3. 3. 4. 2 Cache的一致性问题
3. 3. 4.3 Cache的预取算法
3. 4 三级存储系统
3. 4. 1 虚拟地址Cache
3. 4. 2 全Cache技术
习题三
第四章
输入输出系统
4. 1 输入输出原理
4. 1. 1 输入输出系统的特点
4. 1. 1. 1 异步性
4. 1. 1. 2 实时性
4. 1. 1. 3 与设备无关性
4. 1.2 输入输出系统的组织方式
4. 1. 2. 1 自治控制
4. 1. 2. 2 层次结构
4. 1. 2. 3 分类组织
4. 1. 3 基本输入输出方式
4. 1. 3. 1 程序控制输入输出方式
4. 1. 3. 2 中断输入输出方式
4. 1. 3. 3 直接存储器访问 DMA 方式
4. 2 中断系统
4. 2. 1 中断源的组织
4. 2. 1. 1 中断源的种类
4. 2. 1. 2 中断源的分类组织
4. 2. 1. 3 中断优先级
4. 2. 2 中断系统的软硬件功能分配
4. 2. 2. 1 中断处理过程
4. 2. 2. 2 中断响应时间
4. 2. 2. 3 识别中断源的查询法
4. 2. 2. 4 识别中断源的串行排队链法和中断向量法
4. 2. 2. 5 识别中断源的独立请求法
4. 2. 2. 6 中断现场的保存和恢复
4. 2. 3 中断屏蔽
4. 3 通道处理机
4. 3. 1 通道的作用和功能
4. 3. 2 通道的工作过程
4. 3. 3 通道种类
4. 3. 3. 1 字节多路通道
4. 3. 3. 2 选择通道
4. 3. 3. 3 数组多路通道
4. 3. 4 通道中的数据传送过程
4. 3. 5 通道的流星分析
4. 4 输入输出处理机
4. 4. 1 输入输出处理机的作用
4. 4. 2 输入输出处理机的种类
4. 4. 3 输入输出处理机的特点
习题四
第五章 标量处理机
5. 1 先行控削技术
5. 1. 1 指令的重叠执行方式
5. 1. 2 先行控制方式的原理和结构
5. 1. 2. 1 处理机结构
5. 1. 2. 2 指令执行时序
5. 1. 2. 3 先行缓冲栈
5. 1. 2. 4 缓冲深度的设计
5. 1. 3 数据相关
5. 1. 3. 1 指令相关
5. 1. 3. 2 主存操作数相关
5. 1. 3. 3 通用寄存器数据相关
5. 1. 3. 4 变址相关
5. 1. 4 控制相关
5. 1. 4. 1 无条件转移
5. 1. 4. 2 一般条件转移
5. 1. 4. 3 复合条件转移
5. 1. 4. 4 转移预测技术
5. 1. 4. 5 短循环程序的处理
5. 2 流水线处理机
5. 2. 1 流水线工作原理
5. 2. 1. 1 从重叠到流水线
5. 2. 1. 2 时空图
5. 2. 1. 3 流水线的特点
5. 2. 2 流水线的分类
5. 2. 2. l 线性流水线与非线性流水线
5. 2. 2. 2 流水线的级别
5. 2. 2. 3 单功能与多功能流水线
5. 2. 2. 4 静态流水线与动态流水线
5. 2. 3 线性流水线的性能分析
5. 2. 3. 1 吞吐率
5. 2. 3. 2 加速比
5. 2. 3. 3 效率
5. 2. 3. 4 流水线最佳段数的选择
5. 2. 3. 5 流水线性能分析举例
5. 2. 4 非线性流水线的调度技术
5. 2. 4. 1 非线性流水线的表示
5. 2. 4. 2 非线性流水线的冲突
5. 2. 4. 3 无冲突调度方法
5. 2. 4. 4 优化调度方法
5. 2. 5 局部相关
5. 2. 5. 1 顺序流动与乱序流动
5. 2. 5. 2 数据相关及其避免方法
5. 2. 5. 3 数据重定向
5. 2. 5. 4 Tomasulo动态指令调度算法
5. 2. 6 全局相关
5. 2. 6. 1 转移的影响
5. 2. 6. 2 动态转移预测技术
5. 2. 6. 3 提前形成条件码
5. 2. 6. 4 精确断点与不精确断点
5. 3 超标量处理机与超流水线处理机
5. 3. 1 超标量处理机
5. 3. 1. 1 基本结构
5. 3. 1. 2 单发射与多发射
5. 3. 1. 3 多流水线调度
5. 3. 1. 4 资源冲突
5. 3. 1. 5 超标量处理机性能
5. 3. 2 超流水线处理机
5. 3. 2. 1 指令执行时序
5. 3. 2. 2 典型处理机结构
5. 3. 2. 3 超流水线处理机性能
5, 3. 3 超标量超流水线处理机
5. 3. 3. 1 指令执行时序
5. 3. 3. 2 典型处理机结构
5. 3. 3. 3 超标量超流水线处理机性能
习题五
第六章 向量处理机
6. 1 向量处理的基本概念
6. 1. 1 什么是向量处理
6. 1. 2 向量处理方式
6. 2 向量处理机的结构
6. 2. 1 存储器—存储器结构
6. 2. 2 寄存器—寄存器结构
6. 3 向量处理机的存取模式和数据结构
6. 3. 1 数值算法的存取模式
6. 3. 2 向量处理机的数据结构
6. 4 提高向虽处理机性能的方法
6. 4. 1 向量处理机系统结构阶设计目标
6. 4. 2 提高向量处理机性能的常用技术
6. 5 向量处理机实例
6. 5. 1 向量处理机的历史与现状
6. 5. 2 Cray Y—MP, C—90
6. 5. 3 Fujitsu VP2000和VPP5OO
6. 5. 4 向量协处理器
G. 6 向量处理机的性能评价
6. 7 关于向量处理机的几点看法
习题六
第七章 互连网络
7. 1 互连网络的基本概念
7. 1. 1 互连网络的作用
7. 1. 2 互连函数
7. 1. 3 互连网络的特性和传输的性能参数
7. 1. 4 互连网络的种类
7. 2 消息传递机制
7. 2. 1 消息寻径方式
7. 2. 2 死锁和虚拟通道
7, 2. 3 流控制策略
7. 2. 4 选播和广播寻径算法
7. 3 互连网络实例
7. 3. 1 总线互连
7. 3. 2 环形互连
7. 3. 3 交叉开关互连
7. 3. 4 混洗交换互连和合并开关
7. 3. 5 Omega网络
7. 3. 6 蝶形操作
7. 3. 7 合并网络和取与加指令
习题七
第八章 SIMD计算机
8. 1 SIMD计算机模型
8. 2 SIMD计算机的基本结构
8. 2. 1 分布式存储器结构
8. 2. 2 共享存储器结构
8. 2. 3 SIMD计算机的特点
8. 3 SIMD计算机实例
8. 3. 1 I11iac IV阵列处理机
3. 3. 2 BSP计算机
3. 3. 3 CM—2计算机
8. 3. 4 MasPar MP-1系统
8. 4 SIMD计算机的应用
8. 4. 1 数值应用问题的特征
8. 4. 2 算法举例
8. 5 连续模型的结构向何处发展
习题八
第九章
多处理机
9. 1
多处理机结构
9. 1. 1 两种多处理机结构
9. 1. 2 多处理机系统的特点
9. 2 多处理机性能模型
9. 2. 1 基本模型
9. 2. 2 N台处理机系统的基本模型
9. 2. 3 随机模型
9. 2. 4 通信开销为线性函数的模型
9. 2. 5 一个完全重叠通信的理想模型
9. 2. 6 一个具有多条通信链的模型
9. 2. 7 多处理机模型
9. 3 多处理机的Cache一致性
9. 3. 1 问题由来
9. 3. 2 监听协议
9. 3. 3 基于目录的协议
9. 4 多处理机实例
9. 4. 1 MPP
9. 4. 2 SMP
9. 4. 3 机群系统
9. 4. 3. 1 机群系统的组成. 特点和关键技术
9, 4. 3. 2 机群系统通信技术
9. 4. 3. 3 并行程序设计环境
9. 4. 3. 4 机群系统负载平衡技术
习题九
第十章
多处理机算法
10. 1 简单并行性
10. 1. 1 d0 par和do seq结构
10. 1. 2 阻塞同步
10. 1. 3 性能分析
10. 1. 4 增大粒度
lo. 1. 5 任务的初始化
10. 2 同步技术
10. 2. l 使用测试与设置指令的同步技术
10. 2. 2 使用增1和减1指令的同步技术
10. 2. 3 使用比较与交换指令的同步技术
10. 2. 4 使用取与加指令的同步技术
10. 3 并行搜索
10. 3. 1 搜索单峰函数的极大值
10. 3. 2 并行分支限界法
10. 4 串行算法到并行算法的转换
lO. 4. 1 相关性分析
10. 4. 2 开发迭代的并行性
lO. 5 同步并行算法和异步并行算法
10. 5. 1 同步并行算法
10. 5. 2 异步并行算法
10. 6 并行程序设计语言及其实现方法
lO. 6. 1 并行程序设计语言的特点
lo. 6. 2 并行程序设计模型
10. 6. 3 并行程序设计语言涉及的关键技术
10. 6. 4 并行程序设计语言的实现途径
l0. 7
小结
习题十
第十一章
计算机系统结构的新发展
11. 1 数据流计算机
11. 1. 1 数据驱动原理
11. 1. 1. 1 串行控制流与并行控制流
11. 1. 1. 2 数据流计算机中指令的执行过程
11. 1. 1. 3 数据流计算机的指令结构
11. 1. 2 数据流计算机模型
11. 1. 2. 1 静态数据流计算机模型
11. 1. 2. 2 动态数据流计算机模型
11. 1. 2. 3 静态与动态两种数据流计算机的比较
11. 1. 2. 4 普遍化的数据流计算机结构
11. 1. 3 数据流计算机的性能分析
11. 1. 3. 1 数据流计算机的优点
11. 1. 3. 2 数据流计算机的缺点
11. 1. 3. 3 数据流计算机设计中需要解决的几个问题
11. 1. 4 数据流程序图和数据流语言
11. 1. 4. 1 数据流程序图
11. 1. 4. 2 数据流语言
11. 1. 4. 3 数据流语言的性质
11. 1. 5 静态数据流计算机结构
11. 1. 5. 1 静态数据流计算机的组成
11. 1. 5. 2 分块结构的静态数据流计算机
11. 1. 5. 3 多处理机结构的静态数据流计算机
11. 1. 5. 4 静态数据流计算机作为后端机
11. 1. 6 动态数据流计算机结构
11. 1. 6. 1 网络结构的动态数据流计算机
11. 1. 6. 2 环形结构的动态数据流计算机
11. 1. 6. 3 网状结构的动态数据流计算机
11. 1. 7 其它类型的数据流计算机
11. 1. 7. 1 利用传统多处理机结构的数据流计算机
11. 1. 7. 2 提高并行级别的数据流计算机
11. 1. 7. 3 采用多级并行的数据流计算机
11. 1. 7. 4 同步与异步相结合的数据流计算机
11. 1. 7. 5 控制流与数据流相结合的数据流计算机
11. 2 数据库机与知识库机
11. 2. 1 数据库机与知识库机模型
11. 2. 1. 1 软件后端机数据库机与知识库机
11. 2. 1. 2 智能控制后端机数据库机与知识库机
11. 2. 1. 3 硬件后端机数据库机与知识库机
11. 2. 2 数据库机和知识库机在智能计算机系统中的作用
11. 2. 2. 1 由数据库机和知识库机构成的智能计算机系统
11. 2. 2. 2 数据库机与知识库机作为网络系统中的结点机
11. 2. 2. 3 分布式数据库机与知识库机系统
11. 2. 3 数据库机与知识库机系统结构
11. 2. 3. l 数据库机与知识库机的逻辑结构
11. 2. 3. 2 数据库机与知识库机的物理结构
11. 2. 3. 3 多级存储器结构
11. 2. 3. 4 操作执行部件的结构
11. 2. 3. 5 智能接口的结构
11. 2. 4 后端机与前端机的接口
11. 2. 4. 1 逻辑接口
11. 2. 4. 2 物理接口
11. 2. 4. 3 后端机与前端机之间的接口选择
11. 2. 5 典型的数据库机与知识库机
11. 2. 5. 1 高速数据处理技术
11. 2. 5. 2 数据库机的分类
11. 2. 5. 3 Relational KBM关系知识库机
11. 2. 5. 4 PSI Delta知识库机结构
11. 2. 5. 5 PUKBM知识库机
11. 3 面向函数程序设计语言的归约机
11. 3. 1 引言
11. 3. 2 函数式语言的归约计算方法
11. 3. 3 图归约的并行实现方法
11. 3. 4 并行图归约机系统结构
习题十一
第十二章 实验：DLX处理器
12. 1 DLX基本结构
l2. 1. 1 寄存器
12. 1. 2 数据类型
12. 1. 3 数据转移寻址模式
12. 1. 4 指令格式
12. 1. 5 操作
12. 1. 6 效率
12. 2 DLX流水线结构
12. 2. 1 一个简单实现
12. 2. 2 基本流水线
12. 2. 3 扩展DLX操作使其能处理多周期操作
12. 2. 3. 1 在长延迟的流水线中的相关和专用通路
12. 2. 3. 2 维持精确的异常处理
12. 2. 3. 3 浮点流水线的性能
12. 3 实验环境与内容
l2. 3. 1 实验环境
12. 3. 2 实验内容
12. 3. 2. 1 使用WINDLX模拟器, 对Fact.s WINDLX附带的例子 作如下分析
12. 3. 2. 2 用DLX汇编语言编写矩阵乘程序, 并对该程序做如下分析
12. 3. 2. 3 用Intel X86汇编语言编写矩阵乘程序
12. 3. 3 实验总结
参考文献