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1.1 计算机系统的多级层次结构1

1.2 计算机系统结构、组成与实现3

1.2.1 结构、组成与实现3

1.2.2 计算机系统结构、组成和实现三者的相互影响7

1.3 软硬取舍与计算机系统的设计思路9

1.3.1 软硬取舍的基本原则9

1.3.2 计算机系统的设计思路11

1.4 软件、应用、器件对系统结构的影响12

1.4.1 系统结构设计中必须解决好软件的可移植性13

1.统一高级语言13

2.采用系列机思想14

3.模拟与仿真16

1.4.2 应用对系统结构的影响18

1.4.3 器件发展对系统结构的影响22

1.5 系统结构中的并行性发展及计算机系统的分类24

1.5.1 并行性概念24

1.并行性的含义与并行性级别24

2.并行性开发的途径26

1.5.2 计算机系统的并行性发展27

1.1960年以前27

2.1960年至1970年28

3.1970年至1980年28

4.1980年至1990年30

5.1990年以来31

1.5.3 并行处理系统的结构与多机系统的耦合度32

1.并行处理计算机的结构32

2.多机系统的耦合度33

1.5.4 计算机系统的分类34

习题37

2.1 数据表示40

2.1.1 数据表示与数据结构40

2.1.2 高级数据表示42

1.自定义数据表示42

2.向量数组数据表示46

3.堆栈数据表示47

2.1.3 引入数据表示的原则48

2.1.4 浮点数尾数基值大小和下溢处理方法的选择50

1.浮点数尾数基值的选择50

2.浮点数尾数的下溢处理方法55

2.2 寻址方式57

2.2.1 寻址方式分析57

2.2.2 逻辑地址与主存物理地址59

2.3 指令系统的设计和改进62

2.3.1 指令格式的优化62

1.操作码的优化表示62

2.指令字格式的优化65

2.3.2 按增强指令功能的方向发展与改进指令系统68

1.面向目标程序的优化实现来改进69

2.面向高级语言的优化实现来改进72

3.面向操作系统的优化实现来改进76

2.3.3 按简化指令功能的方向发展与改进指令系统80

1.精简指令系统思想的提出80

2.RISC结构采用的基本技术82

3.RISC技术的发展86

习题91

3.1 输入输出系统概述94

3.2.1 总线的类型96

3.2 总线设计96

3.2.2 总线的控制方式97

3.2.3 总线的通信技术99

1.同步通信99

2.异步通信99

3.2.4 数据宽度与总线线数101

1.数据宽度101

2.总线的线数102

3.3 中断系统103

3.3.1 中断的分类和分级103

3.3.2 中断系统的软硬件功能分配108

3.4 通道处理机109

3.4.1 工作原理109

3.4.2 通道流量的分析112

3.5 外围处理机114

习题117

4.1 存贮体系的形成与性能119

4.1.1 发展存贮体系的必要性119

4.1.2 并行主存系统频宽的分析120

4.1.3 存贮体系的形成与分支124

4.1.4 存贮体系的性能参数126

4.2 虚拟存贮器127

4.2.1 不同的虚拟存贮管理方式127

1.段式管理128

2.页式管理131

3.段页式管理132

4.2.2 页式虚拟存贮器构成134

1.地址的映象和变换134

2.替换算法137

3.虚拟存贮器工作的全过程143

1.页面失效的处理144

4.2.3 页式虚拟存贮器实现中的问题144

2.提高虚拟存贮器等效访问速度的措施145

3.影响主存命中率和CPU效率的某些因素150

4.3 高速缓冲存贮器(Cache)151

4.3.1 基本结构152

4.3.2 地址的映象与变换154

1.全相联映象和变换154

2.直接映象及其变换155

3.组相联映象及其变换156

4.段相联映象160

4.3.3 替换算法的实现160

1.堆栈法161

2.比较对法162

1.Cache的透明性分析164

4.3.4 Cache的透明性及性能分析164

2.Cache的取算法166

3.任务切换对失效率的影响167

4.影响Cache存贮器性能的因素168

4.3.5 Cache-主存-辅存 存贮层次170

4.4 主存保护171

习题174

5.1 重叠解释方式178

5.1.1 基本思想和一次重叠178

5.1.2 相关处理181

1.指令相关的处理181

2.主存空间数相关的处理182

3.通用寄存器组相关的处理183

1.流水是重叠的引申187

5.2 流水方式187

5.2.1 基本概念187

2.流水线的分类188

5.2.2 流水线处理机的主要性能192

1.吞吐率192

2.效率195

3.流水线工作举例196

5.2.3 流水机器的相关处理和控制机构197

1.局部性相关的处理198

2.全局性相关的处理202

3.流水机器的中断处理204

4.流水线调度204

5.3 向量的流水处理与向量流水处理机208

5.3.1 向量的流水处理208

2.向量流水处理机的结构210

5.3.2 向量流水处理机210

1.向量处理机的指令系统210

3.超级向量流水处理机举例216

5.4 指令级高度并行的超级处理机217

5.4.1 超标量处理机217

5.4.2 超长指令字处理机219

5.4.3 超流水线处理机220

习题221

6.1 并行处理机原理226

6.1.1 并行处理机的构形与特点226

1.并行处理机的基本构形226

2.并行处理机的特点228

6.1.2 并行处理机的算法228

2.阵列处理机的算法举例229

1.ILLIACⅣ的处理单元阵列结构229

1.互连网络的设计目标及互连函数234

6.1.3 SIMD计算机的互连网络234

2.基本的单级互连网络235

3.多级互连网络238

4.全排列网络243

6.1.4 并行存贮器的无冲突访问243

6.2 并行处理机举例246

6.2.1 ILLIACⅣ阵列处理机246

6.2.2 BSP科学处理机248

6.2.3 MPP位平面阵列处理机250

6.2.4 CM连接机252

6.3.1 相联处理机和相联存贮器的组成253

1.相联处理机的特点和组成253

6.3 相联处理机253

2.相联存贮器的组成及相联处理机的结构类型254

6.3.2 相联检索算法256

6.3.3 相联处理机结构举例258

1.PEPE系统258

2.STARAN系统260

习题262

7.1 多处理机的特点及主要技术问题265

7.2 多处理机的硬件结构267

7.2.1 紧耦合和松耦合267

1.紧耦合多处理机267

2.松耦合多处理机269

7.2.2 机间互连形式270

1.总线形式270

2.环形互连形式271

3.交叉开关形式272

4.多端口存贮器形式273

5.开关枢纽结构形式274

7.2.3 存贮器组织275

1.并行主存贮器的构成275

2.多Cache的一致性问题276

7.3 程序并行性278

7.3.1 并行算法279

1.算术表达式的并行运算279

2.递归程序的并行性281

7.3.2 程序并行性的分析283

7.3.3 并行程序设计语言285

7.4.1 任务粒度与系统性能289

7.4 多处理机的性能289

7.4.2 性能模型与分析290

1.N=2且计算与通信不能重叠290

2.N>2且计算与通信不能重叠290

3.额外开销与计算工作可以重叠293

4.机间通信可以多路同时进行294

7.5 多处理机的操作系统295

7.5.1 多处理机操作系统的难度和特点295

1.多处理机操作系统的难度295

2.多处理机操作系统的特点296

7.5.2 多处理机操作系统的类型297

1.主从型297

2.各自独立型297

3.浮动型298

7.5.3 多处理机操作系统的发展298

习题299

8.1.1 脉动阵列结构的原理302

8.1 脉动阵列机302

8.1.2 面向特定算法的脉动阵列结构304

8.1.3 通用的脉动阵列结构307

8.2 数据流机309

8.2.1 数据驱动的概念309

8.2.2 数据流程序图和语言311

1.数据流程序图311

2.数据流语言315

8.2.3 数据流计算机的结构316

1.静态数据流机316

2.动态数据流机318

8.2.4 数据流机器存在的问题321

8.3.1 函数式程序设计语言322

8.3 归约机322

8.3.2 面向函数程序设计的归约机324

1.归约机的基本结构特点324

2.串归约机326

3.图归约机327

8.4 智能机328

8.4.1 智能信息处理与智能机328

8.4.2 智能机的结构及所用的机器语言330

1.智能机的结构330

2.逻辑程序设计语言331

3.智能计算机的进展332

8.5 大规模并行处理机MPP与机群系统333

习题336

参考文献338