基本介紹
- 書名：計算機系統結構
- 作者：方娟
- ISBN：9787302243953
- 定價：33元
- 出版社：清華大學出版社
- 出版時間：2011-3-2
- 裝幀：平裝
- 開本：16
圖書簡介,圖書前言,圖書目錄,
圖書簡介
本書章節安排合理，在多年計算機專業本科生教學的基礎上，總結經驗，將現代大多數計算機採用比較成熟的思想、結構和方法以系統結構的角度呈現給學生。本書既可作為計算機專業本科生的教材，也可作為深入學習高檔微型計算機人員的參考書。
圖書前言
計算機系統結構是由程式設計者所看到的一個計算機系統的屬性，即概念性結構和功能性特性。本書系統地講述了計算機系統結構的基本概念、基本原理、基本思想和基本結構，通過本書的學習，可以使計算機設計者能根據用戶的需求和當前技術發展水平等方面設計計算機系統，從而獲得較高的性能價格比。本書是作者多年教學經驗的總結，我們將最適合計算機專業本科生學習的計算機系統結構知識編寫在本書當中，深入地論述了計算機系統結構發展中的主流技術以及未來的發展方向，對MIPS系統、多核技術和新型計算機系統也做了介紹。
本書的編寫以並行技術發展為主線，從計算機系統結構的基本概念、存儲體系、流水技術、超級計算機到多處理機系統均做了詳細說明。
全書共9章。第1章介紹計算機系統結構的基本概念和層次結構以及計算機系統結構的分類，計算機系統結構、組成和實現三者之間的關係和影響、計算機系統的設計要遵循Amdahl定律和軟硬體取捨的原則等方面。第2章介紹對指令系統及與指令系統直接相關的數據表示和定址技術、數據表示、IEEE浮點數標準、自定義數據表示、RISC技術等方面。第3章分析並給出了存儲系統的層次結構，並介紹了各級存儲器的性能指標。還介紹了主存與cache之間的三種映像方式：直接映像、全相聯映像和組相聯映像以及虛擬存儲器和存儲保護的方法。第4章介紹流水線技術，流水線按功能分類可分成單功能流水線和多功能流水線兩種，按工作方式分類分為靜態流水線和動態流水線，按連線方式可以分為線性流水線與非線性流水線。衡量流水線處理機的性能主要是吞吐率、加速比和效率，流水線的相關包括資源或結構相關、數據相關和控制相關。超級計算機包括一個周期能發射多條指令的計算機，有超標量、超流水、超長指令字計算機三種。第5章介紹並行處理機和多處理機，並行處理機包括分散式存儲器結構和集中式共享存儲器組成的並行處理機結構，各個處理機之間的互連網路連線方式以及多處理機的作業系統。第6章介紹輸入輸出系統的基本概念、基本特點，三種基本輸入輸出方式：程式查詢方式、中斷輸入輸出方式、直接存儲器訪問方式，通道的基本概念、基本功能、通道處理技術，以及輸入輸出系統。第7章介紹MIPS體系結構的發展歷程，MIPS體系結構家族經歷了最初的MIPS I～MIPS V 5個時代，它們在實現方式上有一些不同。MIPS 32和MIPS 64體系結構定義了兼容的32位和64位指令， MIPS指令集是典型的RISC指令集。第8章介紹多核的基本概念，以及多核技術的發展趨勢。片上多核處理器CMP根據計算核心的對等與否，可以分為同構多核和異構多核。本章還介紹了多執行緒的定義以及多執行緒技術。第9章介紹幾種非馮·諾依曼型計算機，包括基於數據驅動的數據流計算機、基於需求驅動的歸約機、基於模式匹配驅動的智慧型計算機、光計算機和神經網路計算機。
本書內容豐富，涵蓋系統結構的新技術，每章均有大量例題和習題，可作為計算機專業本科生和有關專業研究生的教材，也可作為計算機科學工作者的參考書。
本書的先修課程是“數字邏輯”、“計算機組成原理”、“彙編語言”、“數據結構”等課程，也可以在“操作統”、“編譯原理”等課程同時或之後開設，參考學時是64學時，可根據實際情況調整。
圖書目錄
第1章 計算機系統結構的基本概念 /1
1.1 計算機系統結構 /1
1.1.1 計算機系統的層次結構 /3
1.1.2 計算機系統結構概念 /4
1.1.3 計算機系統結構分類 /4
1.1.4 計算機系統結構、組成與實現 /7
1.2 計算機系統設計 /9
1.2.1 計算機系統的設計原理 /9
1.2.2 計算機系統的設計原則 /11
1.2.3 計算機系統的設計思路 /12
1.3 計算機性能評價指標 /12
1.4 計算機系統結構的發展 /15
1.4.1 馮·諾依曼結構 /15
1.4.2 影響計算機系統結構發展的因素 /17
本章小結 /21
習題1 /22第2章 指令系統 /26
2.1 數據表示 /26
2.1.1 基本數據表示 /26
2.1.2 浮點數據表示 /27
2.1.3 自定義數據表示 /28
2.1.4 向量數據表示 /32
2.2 指令系統設計原則 /33
2.2.1 指令系統的指令編碼方法 /34
2.2.2 定址技術 /34
2.2.3 指令集結構 /36
2.3 指令系統最佳化 /38
2.3.1 操作碼的最佳化 /38
2.3.2 指令系統的執行和最佳化 /41
2.4 精簡指令系統計算機 /46
2.4.1 CISC的設計思想與問題 /47
2.4.2 RISC的設計思想起源 /47
2.4.3 RISC結構設計原則 /48
2.4.4 RISC結構的基本技術 /49
2.4.5 RISC計算機舉例 /52
2.4.6 RISC計算機的發展 /56
2.5 DLX指令集結構 /57
本章小結 /59
習題2 /59第3章 存儲系統 /61
3.1 存儲系統基本原理 /61
3.1.1 存儲系統的定義 /61
3.1.2 存儲系統的層次結構 /63
3.1.3 多體交叉訪問存儲器 /64
3.2 高速緩衝存儲器 /68
3.2.1 高速緩衝存儲器的基本結構與工作原理 /69
3.2.2 地址映像與轉換 /70
3.2.3 替換算法及實現 /77
3.2.4 cache的預取算法 /81
3.2.5 cache的一致性問題 /81
3.2.6 cache性能分析 /83
3.2.7 cache的實用舉例 /85
3.3 虛擬存儲器 /87
3.3.1 虛擬存儲器的工作原理 /88
3.3.2 虛擬存儲器的管理方式 /89
3.3.3 虛擬存儲器的地址映像與變換 /91
3.3.4 虛擬存儲器實例 /94
3.4 cache與虛擬存儲器的異同 /96
3.5 主存保護 /97
3.5.1 存儲區域保護 /97
3.5.2 訪問方式保護 /99
3.5.3 存儲保護實例 /99
3.6 存儲器檢錯與糾錯技術 /101
3.6.1 奇偶校驗 /101
3.6.2 海明校驗 /102
3.6.3 循環校驗碼 /103
本章小結 /103
習題3 /104第4章 流水線技術 /110
4.1 基本概念 /110
4.2 流水線工作方式 /112
4.2.1 流水線處理概念和特點 /112
4.2.2 流水線的分級和分類 /114
4.2.3 流水線舉例 /115
4.3 流水線性能分析 /120
4.3.1 技術指標 /120
4.3.2 流水線性能指標參數計算 /124
4.3.3 時序和緩衝 /128
4.3.4 相關處理 /128
4.3.5 轉移處理 /132
4.3.6 流水中斷處理 /134
4.4 流水線調度 /135
4.4.1 流水線調度方法 /135
4.4.2 動態硬體預測轉移方法 /140
4.5 超級計算機 /141
4.5.1 流水處理中指令並行性進一步開發 /141
4.5.2 超級標量計算機 /141
4.5.3 超長指令字計算機 /143
4.5.4 超級流水計算機 /144
4.5.5 超流水超標量計算機 /145
4.6 向量流水處理 /146
4.6.1 向量處理方式 /146
4.6.2 向量處理機的結構 /147
4.6.3 改進向量處理機性能的方法 /149
4.6.4 向量處理機的性能 /153
4.7 奔騰II/III/4處理器流水處理舉例 /155
本章小結 /163
習題4 /163第5章 並行處理機和多處理機 /168
5.1 概述 /168
5.2 並行處理技術與發展 /168
5.2.1 並行處理技術的開發途徑 /169
5.2.2 並行處理技術發展 /170
5.3 並行處理機結構 /173
5.4 多處理機結構 /178
5.4.1 緊耦合多處理機系統 /179
5.4.2 松耦合多處理機系統 /181
5.5 多處理機cache一致性 /182
5.5.1 多處理機cache內容不一致的
原因 /183
5.5.2 解決多處理機cache不一致的
方法 /184
5.6 互連網路 /187
5.6.1 互連網路的概念 /187
5.6.2 互連網路的性能參數 /188
5.6.3 互連網路拓撲結構 /190
5.6.4 互連函式 /192
5.6.5 單級互連網 /197
5.6.6 多級互連網 /199
5.6.7 互連網通信模式和訊息傳遞 /203
5.7 多處理機的作業系統 /208
5.7.1 多處理機作業系統的特點 /208
5.7.2 多處理機作業系統分類 /209
5.8 多處理機系統實例 /211
5.8.1 SMP共享存儲型多處理機 /211
5.8.2 MPP大規模並行處理機 /212
5.8.3 機群系統 /215
5.8.4 “曙光一號”共享存儲並行處理機 /218
本章小結 /220
習題5 /221第6章 輸入輸出系統 /223
6.1 概述 /223
6.1.1 輸入輸出設備的分類 /223
6.1.2 輸入輸出設備的特點 /224
6.2 基本工作原理 /225
6.2.1 輸入輸出系統的結構 /225
6.2.2 輸入輸出系統的邏輯組成及工作原理 /226
6.2.3 輸入輸出系統的工作方式 /227
6.3 匯流排 /229
6.3.1 匯流排工作原理 /230
6.3.2 匯流排標準與實例 /231
6.4 中斷 /237
6.4.1 中斷基本概念 /237
6.4.2 中斷處理過程 /238
6.4.3 中斷優先權和嵌套 /239
6.5 DMA方式 /240
6.5.1 DMA方式的概念 /240
6.5.2 DMA的工作過程 /241
6.6 通道處理機 /241
6.6.1 通道的功能 /241
6.6.2 通道的邏輯組成與工作過程 /243
6.6.3 輸入輸出中斷 /245
6.6.4 通道的種類及流量分析 /245
6.7 輸入輸出處理機 /251
6.7.1 輸入輸出處理機的功能 /251
6.7.2 輸入輸出處理機系統舉例 /252
本章小結 /253
習題6 /253第7章 MIPS體系結構 /257
7.1 MIPS的發展歷程 /257
7.1.1 RISC與CISC /257
7.1.2 MIPS I到MIPS V /257
7.1.3 MIPS32和MIPS64 /259
7.2 MIPS體系結構 /260
7.2.1 MIPS的指令格式 /260
7.2.2 MIPS與CISC體系結構的比較 /261
7.2.3 編址和記憶體訪問 /262
7.2.4 MIPS不支持的特性 /262
7.3 MIPS的快取 /263
7.4 MIPS指令集 /265
7.4.1 MIPS彙編語言 /265
7.4.2 MIPS指令集 /266
本章小結 /285
習題7 /286第8章 多核技術 /287
8.1 多核基本概念 /287
8.1.1 多核技術發展趨勢 /287
8.1.2 多核概念 /287
8.1.3 片上多核處理器體系結構 /290
8.2 作業系統對多核處理器的支持方法 /295
8.2.1 調度與中斷 /295
8.2.2 輸入輸出系統 /295
8.2.3 存儲管理 /296
8.2.4 虛擬化技術 /297
8.2.5 支持多核的作業系統 /299
8.3 多執行緒技術 /300
8.3.1 執行緒的定義 /300
8.3.2 多執行緒定義 /301
8.3.3 多執行緒技術示例 /302
8.4 面向Intel公司多核處理器的多執行緒技術 /305
8.4.1 基於硬體的多執行緒技術 /305
8.4.2 超執行緒技術 /305
8.4.3 多核體系結構 /306
8.5 多核發展趨勢 /308
本章小結 /309
習題8 /309第9章 非馮·諾依曼型計算機 /310
9.1 數據流計算機 /310
9.1.1 數據流計算機工作原理 /310
9.1.2 數據流程式圖和數據流語言 /312
9.1.3 數據流計算機的性能分析 /316
9.1.4 數據流計算機結構 /319
9.1.5 數據流機器存在的問題 /323
9.2 歸約機 /323
9.2.1 函式式程式設計語言 /324
9.2.2 函式式語言的歸約機結構 /324
9.3 人工智慧計算機 /327
9.3.1 人工智慧計算特徵 /327
9.3.2 人工智慧計算機的結構 /328
9.3.3 人工智慧計算機分類 /329
9.4 光計算機 /330
9.5 神經網路計算機 /331
本章小結 /332
習題9 /333附錄A DLX指令集 /334附錄B WinDLX教程 /340參考文獻 /346
