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第一章　计算机设计基本原理1

1.1　简介1

1.2　计算机设计者的任务2

1.3　计算机技术和应用的发展趋势4

1.4　成本及其发展趋势6

1.5　评价和报告计算机的性能13

1.6　计算机设计的定量准则22

1.7　综合：存储层次的概念29

1.8　谬误和陷阱32

1.9　结论38

1.10　历史回顾和参考文献39

参考文献44

习题46

第二章　指令系统的原理与实例54

2.1　简介54

2.2　指令集系统结构的分类55

2.3　存储器寻址57

2.4　指令集的操作62

2.5　操作数的大小与类型67

2.6　指令集的编码68

2.7　相关问题：编译器70

2.8　综合：DLX系统结构75

2.9　谬误与陷阱84

2.10　结论86

2.11　历史回顾和参考文献87

参考文献90

习题92

第三章　流水线97

3.1　什么是流水线97

3.2　DLX的基本流水线102

3.3　流水线的主要障碍——流水线冒险107

3.4　数据冒险112

3.5　控制冒险123

3.6　实现流水线的困难是什么？136

3.7　扩展DLX流水线能处理多周期操作142

3.8　相关问题：指令集设计和流水线151

3.9　综合：MIPS R4000流水线152

3.10　谬误与陷阱159

3.11　结论160

3.12　历史回顾和参考文献161

参考文献161

习题163

第四章　高级流水线与指令级并行168

4.1　指令级并行：概念及挑战168

4.2　采用动态调度克服数据冒险183

4.3　采用动态硬件预测技术减少分支开销199

4.4　采用多发射以取得更高的指令级并行性211

4.5　支持指令级并行的编译技术219

4.6　硬件对并行性的支持227

4.7　指令级并行性研究239

4.8　综合：PowerPC 620252

4.9　谬误与陷阱262

4.10　结论264

4.11　历史回顾和参考文献265

参考文献269

习题273

第五章　存储器层次结构设计281

5.1　简介281

5.2　Cache简介283

5.3　降低Cache缺失率294

5.4　降低Cache缺失代价309

5.5　减少命中时间317

5.6　主存322

5.7　虚拟存储器331

5.8　虚拟存储器的保护和示例336

5.9　存储层次设计的相关问题344

5.10　总结：Alpha AXP 21064存储层次347

5.11　谬误和陷阱351

5.12　结论354

5.13　历史回顾和参考文献355

参考文献357

习题359

6.1　简介368

第六章　存储系统368

6.2　存储设备类型369

6.3　总线——连接I/O设备到CPU／存储器376

6.4　I/O性能评测381

6.5　可靠性、可用性和RAID393

6.6　相关问题：与操作系统的接口396

6.7　I/O系统设计398

6.8　综合：UNIX文件系统性能406

6.9　谬误与陷阱413

6.10　结论416

6.11　历史回顾和参考文献417

参考文献419

习题421

第七章　互连网络425

7.1　简介425

7.2　简单的网络426

7.3　互连网络与计算机的连接432

7.4　互连网络介质433

7.5　多台计算机的连接436

7.6　商用互连网络的实际问题449

7.7　互连网络举例452

7.8　互连网络相关问题455

7.9 网络互连457

7.10　综合：一个工作站的ATM网络461

7.11　谬误与陷阱468

7.12　结论470

7.13　历史回顾和参考文献471

参考文献473

习题474

第八章　多处理器478

8.1　简介478

8.2　应用领域的特征486

8.3　集中式共享存储器系统结构492

8.4　分布式共享存储器系统结构509

8.5 同步520

8.6　存储器一致性模型531

8.7　相关问题541

8.8　综合：SGI Challenge多处理机系统545

8.9　谬误和陷阱550

8.10　结论554

8.11　历史回顾和参考文献558

参考文献564

习题567

附录A　计算机算术运算573

A.1　简介573

A.2　整数运算的基本方法573

A.3　浮点582

A.4　浮点乘法585

A.5　浮点加法588

A.6　除法与余数593

A.7　其他有关浮点运算的问题597

A.8　提高整数加法的速度601

A.9　提高整数乘法与除法的速度607

A.10　综合618

A.11　谬误与陷阱621

A.12　历史回顾和参考文献622

参考文献624

习题627

附录B　向量处理机632

B.1　什么是向量处理机？632

B.2　基本向量结构633

B.3　两个现实问题：向量长度与跨距643

B.4　编译程序向量化的效果648

B.5　提高向量性能649

B.6　综合：向量处理机的性能653

B.7　谬误与陷阱658

B.8　结论659

B.9　历史回顾和参考文献660

参考文献663

习题664

附录C　RISC系统结构评述669

C.1　简介669

C.2　寻址方式与指令格式670

C.3　指令：DLX子集672

C.4　指令：对DLX的公共扩充675

C.5　只有MIPS才有的指令678

C.6　只有SPARC才有的指令680

C.7　只有Power PC才有的指令682

C.8 只有PA-RISC才有的指令683

C.9　结论685

参考文献687

附录D　与RISC完全不同的另一方案：Intel 80x86689

D.1　简介689

D.2　80x86寄存器与数据寻址方式690

D.3　80x86整数操作693

D.4　80x86浮点操作695

D.5　80x86指令编码697

D.6　综合：指令系统利用率的测量699

D.7　结论704

D.8　历史回顾和参考文献705

参考文献706

附录E　一致性协议实现707

E.1　监听高速缓存一致性协议的实现问题707

E.2　分布式目录协议的实现问题710

习题715

参考文献716