計算機系統(tǒng)結構（第二版）

第一章 計算機系統(tǒng)結構的基本概念
1. 1 計算機系統(tǒng)結構
1. 1. 1 計算機系統(tǒng)層次結構
1. 1. 2 計算機系統(tǒng)結構定義
1. 1. 3 計算機組成與實現(xiàn)
1. 1. 4 計算機系統(tǒng)結構的分類
1. 2 計算機系統(tǒng)設計技術
1. 2. 1 計算機系統(tǒng)設計的定量原理
1. 2. 2 計算機系統(tǒng)設計者的主要任務
1. 2. 3 計算機系統(tǒng)設計的主要方法
1. 3 系統(tǒng)結構的評價標準
1. 3. 1 性能
1. 3. 2 成本
1. 4 計算機系統(tǒng)結構的發(fā)展
1. 4. 1 馮·諾依曼結構
1. 4. 2 軟件對系統(tǒng)結構的影響
1. 4. 3 價格對系統(tǒng)結構的影響
1. 4. 4 應用對系統(tǒng)結構的影響
1. 4. 5 VLSI對系統(tǒng)結構的影響
1. 4. 6 技術的發(fā)展對價格的影響
1. 4. 7 算法和系統(tǒng)結構
習題一
第二章 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)類型
2. 1. 2 浮點數(shù)據(jù)表示
2. 1. 2. l 俘點數(shù)的表數(shù)范圍
2. 1. 2. 2 浮點數(shù)的表數(shù)精度
2. 1. 2. 3 浮點數(shù)的表數(shù)效率
2. 1. 2. 4 浮點數(shù)尾數(shù)基值的選擇
2. 1. 2. 5 浮點數(shù)格式的設計
2. 1. 2. 6 浮點數(shù)的舍入處理
2. 1. 2. 7 警戒位的設置方法
2. 1. 3 自定義數(shù)據(jù)表示
2. 1. 3. 1 帶標志符的數(shù)據(jù)表示法
2. 1. 3. 2 數(shù)據(jù)描述符表示法
2. 2 尋址技術
2. 2.1 編址方式
2. 2. 1. 1 編址單位
2. 2. 1. 2 零地址空間個數(shù)
2. 2. 1. 3 輸入輸出設備的非線性編址
2. 2. 1. 4 并行存儲器的編址技術
2. 2. 2 尋址方式
2. 2. 2. 1 尋址方式的設計思想
2. 2. 2. 2 間接尋址與變址尋址
2. 2. 2. 3 寄存器尋址
2. 2. 2. 4 堆棧尋址方式
2. 2. 3 定位方式
2. 2. 3. 1 邏輯地址與物理地址
2. 2. 3. 2 直接定位方式
2. 2. 3. 3 靜態(tài)定位方式
2. 2. 3. 4 動態(tài)定位方式
2. 3 指令格式的優(yōu)化設計
2. 3. 1 指令的組成
2. 3. 2 操作碼的優(yōu)化表示
2. 3. 2. 1 固定長操作碼
2. 3. 2. 2 Huffman編碼法
2. 3. 2. 3 擴展編碼法
2. 3. 3 地址碼的優(yōu)化表示
2. 3. 3. 1 地址碼個數(shù)的選擇
2. 3. 3. 2 縮短地址碼長度的方法
2. 3. 4 指令格式設計舉例
2. 4 指令系統(tǒng)的功能設計
2. 4. 1 基本指令系統(tǒng)
2. 4. 2 復雜指令系統(tǒng) CISC
2. 4. 2. 1 目標程序的優(yōu)化
2. 4. 2. 2 對高級語言編譯程序的支持
2. 4. 2. 3 操作系統(tǒng)的優(yōu)化實現(xiàn)
2. 4. 3 精簡指令系統(tǒng) RISC
2. 4. 3. 1
從 CISC到RISC
2. 4. 3. 2 RISC的定義與特點
2. 4. 3. 3 減少指令平均執(zhí)行周期數(shù)是RISC思想的精華
2. 4. 3. 4 RISC的關鍵技術
2. 4. 3. 5 RISC優(yōu)化編譯技術
習題二
第三章 存儲系統(tǒng)
3. 1 存儲系統(tǒng)原理
3. 1. 1 存儲系統(tǒng)的定義
3. 1. 2 存儲器的層次結構
3. 1. 3 頻帶平衡
3. 1. 4 并行存儲器
3. 1. 4. 1 并行訪問存儲器
3. 1. 4. 2 交叉訪問存儲器
3. 1. 4. 3 一種無訪問沖突存儲器
3. 2 虛擬存儲器
3. 2. 1 虛擬存儲器工作原理
3. 2. 2 地址的映象與變換
3. 2. 2. 1 段式虛擬存儲器
3. 2. 2. 2 頁式虛擬存儲器
3. 2. 2. 3 段頁式虛擬存儲器
3. 2. 2. 4 外部地址變換
3. 2. 3 加快內部地址變換的方法
3. 2. 3. 1 目錄表
3. 2. 3. 2 快慢表
3. 2. 3. 3 散列函數(shù)
3. 2. 3. 4 虛擬存儲器舉例
3. 2. 4 頁面替換算法及其實現(xiàn)
3. 2. 4. 1 頁面替換算法
3. 2. 4. 2 堆棧型替換算法
3. 2. 4. 3 頁面替換算法的實現(xiàn)
3. 2. 5 提高主存命中率的方法
3. 2. 5. 1 頁面大小的選擇
3. 2. 5. 2 主存容量
3. 2. 5. 3 頁而調度方式
3. 3 高速緩沖存儲器 Cache
3. 3. 1 基本工作原理
3. 3. 2 地址映象懷變換方法
3. 3. 2. 1 全相聯(lián)映象及其變換
3. 3. 2. 2 直接映象及其變換
3. 3. 2. 3 組相聯(lián)映象及其變換
3. 3. 2. 4 位選擇組相聯(lián)映象及其變換
3. 3. 2. 5 段相聯(lián)映象及其變換
3. 3. 3 Cache替換算法及其實現(xiàn)
3. 3. 3. 1 輪換法及其實現(xiàn)
3. 3. 3. 2 LFU算法及其實現(xiàn)
3. 3. 3. 3 比較對法
3. 3. 3. 4 堆棧法
3. 3. 4 Cache的性能分析
3. 3. 4. 1 Cache系統(tǒng)的加速比
3. 3. 4. 2 Cache的一致性問題
3. 3. 4.3 Cache的預取算法
3. 4 三級存儲系統(tǒng)
3. 4. 1 虛擬地址Cache
3. 4. 2 全Cache技術
習題三
第四章
輸入輸出系統(tǒng)
4. 1 輸入輸出原理
4. 1. 1 輸入輸出系統(tǒng)的特點
4. 1. 1. 1 異步性
4. 1. 1. 2 實時性
4. 1. 1. 3 與設備無關性
4. 1.2 輸入輸出系統(tǒng)的組織方式
4. 1. 2. 1 自治控制
4. 1. 2. 2 層次結構
4. 1. 2. 3 分類組織
4. 1. 3 基本輸入輸出方式
4. 1. 3. 1 程序控制輸入輸出方式
4. 1. 3. 2 中斷輸入輸出方式
4. 1. 3. 3 直接存儲器訪問 DMA 方式
4. 2 中斷系統(tǒng)
4. 2. 1 中斷源的組織
4. 2. 1. 1 中斷源的種類
4. 2. 1. 2 中斷源的分類組織
4. 2. 1. 3 中斷優(yōu)先級
4. 2. 2 中斷系統(tǒng)的軟硬件功能分配
4. 2. 2. 1 中斷處理過程
4. 2. 2. 2 中斷響應時間
4. 2. 2. 3 識別中斷源的查詢法
4. 2. 2. 4 識別中斷源的串行排隊鏈法和中斷向量法
4. 2. 2. 5 識別中斷源的獨立請求法
4. 2. 2. 6 中斷現(xiàn)場的保存和恢復
4. 2. 3 中斷屏蔽
4. 3 通道處理機
4. 3. 1 通道的作用和功能
4. 3. 2 通道的工作過程
4. 3. 3 通道種類
4. 3. 3. 1 字節(jié)多路通道
4. 3. 3. 2 選擇通道
4. 3. 3. 3 數(shù)組多路通道
4. 3. 4 通道中的數(shù)據(jù)傳送過程
4. 3. 5 通道的流星分析
4. 4 輸入輸出處理機
4. 4. 1 輸入輸出處理機的作用
4. 4. 2 輸入輸出處理機的種類
4. 4. 3 輸入輸出處理機的特點
習題四
第五章 標量處理機
5. 1 先行控削技術
5. 1. 1 指令的重疊執(zhí)行方式
5. 1. 2 先行控制方式的原理和結構
5. 1. 2. 1 處理機結構
5. 1. 2. 2 指令執(zhí)行時序
5. 1. 2. 3 先行緩沖棧
5. 1. 2. 4 緩沖深度的設計
5. 1. 3 數(shù)據(jù)相關
5. 1. 3. 1 指令相關
5. 1. 3. 2 主存操作數(shù)相關
5. 1. 3. 3 通用寄存器數(shù)據(jù)相關
5. 1. 3. 4 變址相關
5. 1. 4 控制相關
5. 1. 4. 1 無條件轉移
5. 1. 4. 2 一般條件轉移
5. 1. 4. 3 復合條件轉移
5. 1. 4. 4 轉移預測技術
5. 1. 4. 5 短循環(huán)程序的處理
5. 2 流水線處理機
5. 2. 1 流水線工作原理
5. 2. 1. 1 從重疊到流水線
5. 2. 1. 2 時空圖
5. 2. 1. 3 流水線的特點
5. 2. 2 流水線的分類
5. 2. 2. l 線性流水線與非線性流水線
5. 2. 2. 2 流水線的級別
5. 2. 2. 3 單功能與多功能流水線
5. 2. 2. 4 靜態(tài)流水線與動態(tài)流水線
5. 2. 3 線性流水線的性能分析
5. 2. 3. 1 吞吐率
5. 2. 3. 2 加速比
5. 2. 3. 3 效率
5. 2. 3. 4 流水線最佳段數(shù)的選擇
5. 2. 3. 5 流水線性能分析舉例
5. 2. 4 非線性流水線的調度技術
5. 2. 4. 1 非線性流水線的表示
5. 2. 4. 2 非線性流水線的沖突
5. 2. 4. 3 無沖突調度方法
5. 2. 4. 4 優(yōu)化調度方法
5. 2. 5 局部相關
5. 2. 5. 1 順序流動與亂序流動
5. 2. 5. 2 數(shù)據(jù)相關及其避免方法
5. 2. 5. 3 數(shù)據(jù)重定向
5. 2. 5. 4 Tomasulo動態(tài)指令調度算法
5. 2. 6 全局相關
5. 2. 6. 1 轉移的影響
5. 2. 6. 2 動態(tài)轉移預測技術
5. 2. 6. 3 提前形成條件碼
5. 2. 6. 4 精確斷點與不精確斷點
5. 3 超標量處理機與超流水線處理機
5. 3. 1 超標量處理機
5. 3. 1. 1 基本結構
5. 3. 1. 2 單發(fā)射與多發(fā)射
5. 3. 1. 3 多流水線調度
5. 3. 1. 4 資源沖突
5. 3. 1. 5 超標量處理機性能
5. 3. 2 超流水線處理機
5. 3. 2. 1 指令執(zhí)行時序
5. 3. 2. 2 典型處理機結構
5. 3. 2. 3 超流水線處理機性能
5, 3. 3 超標量超流水線處理機
5. 3. 3. 1 指令執(zhí)行時序
5. 3. 3. 2 典型處理機結構
5. 3. 3. 3 超標量超流水線處理機性能
習題五
第六章 向量處理機
6. 1 向量處理的基本概念
6. 1. 1 什么是向量處理
6. 1. 2 向量處理方式
6. 2 向量處理機的結構
6. 2. 1 存儲器—存儲器結構
6. 2. 2 寄存器—寄存器結構
6. 3 向量處理機的存取模式和數(shù)據(jù)結構
6. 3. 1 數(shù)值算法的存取模式
6. 3. 2 向量處理機的數(shù)據(jù)結構
6. 4 提高向雖處理機性能的方法
6. 4. 1 向量處理機系統(tǒng)結構階設計目標
6. 4. 2 提高向量處理機性能的常用技術
6. 5 向量處理機實例
6. 5. 1 向量處理機的歷史與現(xiàn)狀
6. 5. 2 Cray Y—MP, C—90
6. 5. 3 Fujitsu VP2000和VPP5OO
6. 5. 4 向量協(xié)處理器
G. 6 向量處理機的性能評價
6. 7 關于向量處理機的幾點看法
習題六
第七章 互連網(wǎng)絡
7. 1 互連網(wǎng)絡的基本概念
7. 1. 1 互連網(wǎng)絡的作用
7. 1. 2 互連函數(shù)
7. 1. 3 互連網(wǎng)絡的特性和傳輸?shù)男阅軈?shù)
7. 1. 4 互連網(wǎng)絡的種類
7. 2 消息傳遞機制
7. 2. 1 消息尋徑方式
7. 2. 2 死鎖和虛擬通道
7, 2. 3 流控制策略
7. 2. 4 選播和廣播尋徑算法
7. 3 互連網(wǎng)絡實例
7. 3. 1 總線互連
7. 3. 2 環(huán)形互連
7. 3. 3 交叉開關互連
7. 3. 4 混洗交換互連和合并開關
7. 3. 5 Omega網(wǎng)絡
7. 3. 6 蝶形操作
7. 3. 7 合并網(wǎng)絡和取與加指令
習題七
第八章 SIMD計算機
8. 1 SIMD計算機模型
8. 2 SIMD計算機的基本結構
8. 2. 1 分布式存儲器結構
8. 2. 2 共享存儲器結構
8. 2. 3 SIMD計算機的特點
8. 3 SIMD計算機實例
8. 3. 1 I11iac IV陣列處理機
3. 3. 2 BSP計算機
3. 3. 3 CM—2計算機
8. 3. 4 MasPar MP-1系統(tǒng)
8. 4 SIMD計算機的應用
8. 4. 1 數(shù)值應用問題的特征
8. 4. 2 算法舉例
8. 5 連續(xù)模型的結構向何處發(fā)展
習題八
第九章
多處理機
9. 1
多處理機結構
9. 1. 1 兩種多處理機結構
9. 1. 2 多處理機系統(tǒng)的特點
9. 2 多處理機性能模型
9. 2. 1 基本模型
9. 2. 2 N臺處理機系統(tǒng)的基本模型
9. 2. 3 隨機模型
9. 2. 4 通信開銷為線性函數(shù)的模型
9. 2. 5 一個完全重疊通信的理想模型
9. 2. 6 一個具有多條通信鏈的模型
9. 2. 7 多處理機模型
9. 3 多處理機的Cache一致性
9. 3. 1 問題由來
9. 3. 2 監(jiān)聽協(xié)議
9. 3. 3 基于目錄的協(xié)議
9. 4 多處理機實例
9. 4. 1 MPP
9. 4. 2 SMP
9. 4. 3 機群系統(tǒng)
9. 4. 3. 1 機群系統(tǒng)的組成. 特點和關鍵技術
9, 4. 3. 2 機群系統(tǒng)通信技術
9. 4. 3. 3 并行程序設計環(huán)境
9. 4. 3. 4 機群系統(tǒng)負載平衡技術
習題九
第十章
多處理機算法
10. 1 簡單并行性
10. 1. 1 d0 par和do seq結構
10. 1. 2 阻塞同步
10. 1. 3 性能分析
10. 1. 4 增大粒度
lo. 1. 5 任務的初始化
10. 2 同步技術
10. 2. l 使用測試與設置指令的同步技術
10. 2. 2 使用增1和減1指令的同步技術
10. 2. 3 使用比較與交換指令的同步技術
10. 2. 4 使用取與加指令的同步技術
10. 3 并行搜索
10. 3. 1 搜索單峰函數(shù)的極大值
10. 3. 2 并行分支限界法
10. 4 串行算法到并行算法的轉換
lO. 4. 1 相關性分析
10. 4. 2 開發(fā)迭代的并行性
lO. 5 同步并行算法和異步并行算法
10. 5. 1 同步并行算法
10. 5. 2 異步并行算法
10. 6 并行程序設計語言及其實現(xiàn)方法
lO. 6. 1 并行程序設計語言的特點
lo. 6. 2 并行程序設計模型
10. 6. 3 并行程序設計語言涉及的關鍵技術
10. 6. 4 并行程序設計語言的實現(xiàn)途徑
l0. 7
小結
習題十
第十一章
計算機系統(tǒng)結構的新發(fā)展
11. 1 數(shù)據(jù)流計算機
11. 1. 1 數(shù)據(jù)驅動原理
11. 1. 1. 1 串行控制流與并行控制流
11. 1. 1. 2 數(shù)據(jù)流計算機中指令的執(zhí)行過程
11. 1. 1. 3 數(shù)據(jù)流計算機的指令結構
11. 1. 2 數(shù)據(jù)流計算機模型
11. 1. 2. 1 靜態(tài)數(shù)據(jù)流計算機模型
11. 1. 2. 2 動態(tài)數(shù)據(jù)流計算機模型
11. 1. 2. 3 靜態(tài)與動態(tài)兩種數(shù)據(jù)流計算機的比較
11. 1. 2. 4 普遍化的數(shù)據(jù)流計算機結構
11. 1. 3 數(shù)據(jù)流計算機的性能分析
11. 1. 3. 1 數(shù)據(jù)流計算機的優(yōu)點
11. 1. 3. 2 數(shù)據(jù)流計算機的缺點
11. 1. 3. 3 數(shù)據(jù)流計算機設計中需要解決的幾個問題
11. 1. 4 數(shù)據(jù)流程序圖和數(shù)據(jù)流語言
11. 1. 4. 1 數(shù)據(jù)流程序圖
11. 1. 4. 2 數(shù)據(jù)流語言
11. 1. 4. 3 數(shù)據(jù)流語言的性質
11. 1. 5 靜態(tài)數(shù)據(jù)流計算機結構
11. 1. 5. 1 靜態(tài)數(shù)據(jù)流計算機的組成
11. 1. 5. 2 分塊結構的靜態(tài)數(shù)據(jù)流計算機
11. 1. 5. 3 多處理機結構的靜態(tài)數(shù)據(jù)流計算機
11. 1. 5. 4 靜態(tài)數(shù)據(jù)流計算機作為后端機
11. 1. 6 動態(tài)數(shù)據(jù)流計算機結構
11. 1. 6. 1 網(wǎng)絡結構的動態(tài)數(shù)據(jù)流計算機
11. 1. 6. 2 環(huán)形結構的動態(tài)數(shù)據(jù)流計算機
11. 1. 6. 3 網(wǎng)狀結構的動態(tài)數(shù)據(jù)流計算機
11. 1. 7 其它類型的數(shù)據(jù)流計算機
11. 1. 7. 1 利用傳統(tǒng)多處理機結構的數(shù)據(jù)流計算機
11. 1. 7. 2 提高并行級別的數(shù)據(jù)流計算機
11. 1. 7. 3 采用多級并行的數(shù)據(jù)流計算機
11. 1. 7. 4 同步與異步相結合的數(shù)據(jù)流計算機
11. 1. 7. 5 控制流與數(shù)據(jù)流相結合的數(shù)據(jù)流計算機
11. 2 數(shù)據(jù)庫機與知識庫機
11. 2. 1 數(shù)據(jù)庫機與知識庫機模型
11. 2. 1. 1 軟件后端機數(shù)據(jù)庫機與知識庫機
11. 2. 1. 2 智能控制后端機數(shù)據(jù)庫機與知識庫機
11. 2. 1. 3 硬件后端機數(shù)據(jù)庫機與知識庫機
11. 2. 2 數(shù)據(jù)庫機和知識庫機在智能計算機系統(tǒng)中的作用
11. 2. 2. 1 由數(shù)據(jù)庫機和知識庫機構成的智能計算機系統(tǒng)
11. 2. 2. 2 數(shù)據(jù)庫機與知識庫機作為網(wǎng)絡系統(tǒng)中的結點機
11. 2. 2. 3 分布式數(shù)據(jù)庫機與知識庫機系統(tǒng)
11. 2. 3 數(shù)據(jù)庫機與知識庫機系統(tǒng)結構
11. 2. 3. l 數(shù)據(jù)庫機與知識庫機的邏輯結構
11. 2. 3. 2 數(shù)據(jù)庫機與知識庫機的物理結構
11. 2. 3. 3 多級存儲器結構
11. 2. 3. 4 操作執(zhí)行部件的結構
11. 2. 3. 5 智能接口的結構
11. 2. 4 后端機與前端機的接口
11. 2. 4. 1 邏輯接口
11. 2. 4. 2 物理接口
11. 2. 4. 3 后端機與前端機之間的接口選擇
11. 2. 5 典型的數(shù)據(jù)庫機與知識庫機
11. 2. 5. 1 高速數(shù)據(jù)處理技術
11. 2. 5. 2 數(shù)據(jù)庫機的分類
11. 2. 5. 3 Relational KBM關系知識庫機
11. 2. 5. 4 PSI Delta知識庫機結構
11. 2. 5. 5 PUKBM知識庫機
11. 3 面向函數(shù)程序設計語言的歸約機
11. 3. 1 引言
11. 3. 2 函數(shù)式語言的歸約計算方法
11. 3. 3 圖歸約的并行實現(xiàn)方法
11. 3. 4 并行圖歸約機系統(tǒng)結構
習題十一
第十二章 實驗：DLX處理器
12. 1 DLX基本結構
l2. 1. 1 寄存器
12. 1. 2 數(shù)據(jù)類型
12. 1. 3 數(shù)據(jù)轉移尋址模式
12. 1. 4 指令格式
12. 1. 5 操作
12. 1. 6 效率
12. 2 DLX流水線結構
12. 2. 1 一個簡單實現(xiàn)
12. 2. 2 基本流水線
12. 2. 3 擴展DLX操作使其能處理多周期操作
12. 2. 3. 1 在長延遲的流水線中的相關和專用通路
12. 2. 3. 2 維持精確的異常處理
12. 2. 3. 3 浮點流水線的性能
12. 3 實驗環(huán)境與內容
l2. 3. 1 實驗環(huán)境
12. 3. 2 實驗內容
12. 3. 2. 1 使用WINDLX模擬器, 對Fact.s WINDLX附帶的例子 作如下分析
12. 3. 2. 2 用DLX匯編語言編寫矩陣乘程序, 并對該程序做如下分析
12. 3. 2. 3 用Intel X86匯編語言編寫矩陣乘程序
12. 3. 3 實驗總結
參考文獻