計算機組織與體系結構：性能設計（第7版）

《計算機組織與體系結構：性能設計（第7版）》是2006年03月01日清華大學出版社出版的圖書，作者是（美）斯托林斯，譯者是張昆藏。本書主要介紹當代計算機體系主流技術。

基本介紹

• 書名：計算機組織與體系結構:性能設計（第7版）
• 作者：（美）斯托林斯
• 原版名稱：Computer Organization and Architecture (7th Edition)
• 譯者：張昆藏
• ISBN：9787302124443
• 類別：計算機
• 頁數：591
• 定價：66.00
• 出版社：清華大學出版社
• 出版時間：2006年03月01日
• 裝幀：平裝
• 開本：16

內容簡介

本書是介紹當代計算機體系結構主流技術和最新技術的優秀教材。作者以IntelPentium4和IBM/MotorolaPowerPC作為考察實例，將當代計算機系統性能設計問題和計算機組織與體系結構的基本概念及原理緊密聯繫起來。本書共18章，分成5個部分。主要內容有：CPU性能設計、指令流水線、整數和浮點算術、微程式設計的控制器；RISC處理器和超標量處理器；最新的IA64體系結構和Itanium處理器；PCI新型系統匯流排規範；cache存儲器組織、cache一致性問題和MESI協定；包括DDRSDRAM和RDRAM在內的高級DRAM體系結構；冗餘磁碟陣列RAID技術和光存儲器；FireWire串列匯流排和最近研發的InfiniBand；最後是多個處理器的並行組織，包括對稱多處理機、多執行緒化和片多處理器機群系統、非均勻存儲器存取（NUMA）系統。

圖書目錄

第0章讀者指南1

0.1本書概要1

0.2網際網路和Web資源1

第一部分概述

第1章導論4

1.1計算機組織與體系結構4

1.2結構和功能5

1.2.1功能5

1.2.2結構6

1.3為何要學習計算機組織和體系結構8

第2章計算機的演變和性能10

2.1計算機簡史10

2.1.1第一代：真空管10

2.1.2第二代：電晶體17

2.1.3第三代：積體電路19

2.1.4後續的幾代24

2.2性能設計26

2.2.1微處理器的速度27

2.2.2性能平衡27

2.2.3晶片組織和體系結構的改進29

2.3Pentium和PowerPC的進展32

2.3.1Pentium32

2.3.2PowerPC33

2.4推薦的參考文獻和Web站點34

2.5關鍵字、思考題和習題34

第二部分計算機系統

第3章計算機功能和互連的頂層視圖41

3.1計算機的部件41

3.2計算機功能43

3.2.1指令的取和執行44

3.2.2中斷47

3.2.3I/O功能53

3.3互連結構54

3.4匯流排互連55

3.4.1匯流排結構56

3.4.2多匯流排層次結構57

3.4.3匯流排設計要素59

3.5PCI63

3.5.1匯流排結構63

3.5.2PCI命令67

3.5.3數據傳送68

3.5.4仲裁70

3.6推薦的參考文獻和Web站點72

3.7關鍵字、思考題和習題72

附錄3A時序圖76

第4章Cache78

4.1計算機存儲系統概述78

4.1.1存儲系統的特性78

4.1.2存儲器分層結構80

4.2Cache存儲器原理83

4.3Cache的設計要素86

4.3.1Cache容量86

4.3.2映射功能86

4.3.3替換算法94

4.3.4寫策略95

4.3.5行的大小96

4.3.6Cache數目96

4.4Pentium 4和PowerPC的Cache組織98

4.4.1Pentium 4的Cache組織98

4.4.2PowerPC的Cache組織100

4.5推薦的參考文獻101

4.6關鍵字、思考題和習題101

附錄4A兩級存儲器的性能特點107

4A.1局部性107

4A.2兩級存儲器的操作110

4A.3性能110

第5章內部存儲器114

5.1半導體主存儲器114

5.1.1組織114

5.1.2DRAM和SRAM114

5.1.3ROM類型117

5.1.4晶片邏輯118

5.1.5晶片封裝119

5.1.6模組組織120

5.2糾錯122

5.3高級DRAM組織127

5.3.1同步DRAM127

5.3.2rambus DRAM129

5.3.3DDR SDRAM129

5.3.4帶Cache的DRAM130

5.4推薦的參考文獻和Web站點130

5.5關鍵字、思考題和習題131

第6章外部存儲器135

6.1磁碟135

6.1.1磁讀寫機制135

6.1.2數據組織和格式化136

6.1.3物理特性138

6.1.4磁碟性能參數140

6.2RAID（磁碟冗餘陣列）143

6.2.1RAID 0級144

6.2.2RAID 1級148

6.2.3RAID 2級149

6.2.4RAID 3級149

6.2.5RAID 4級150

6.2.6RAID 5級151

6.2.7RAID 6級151

6.3光存儲器152

6.3.1光碟153

6.3.2數字通用盤155

6.4磁帶156

6.5推薦的參考文獻和Web站點158

6.6關鍵字、思考題和習題158

第7章輸入輸出161

7.1外部設備162

7.1.1鍵盤/監視器163

7.1.2磁碟驅動器164

7.2I/O模組166

7.2.1模組功能166

7.2.2I/O模組結構167

7.3編程式I/O168

7.3.1概述169

7.3.2I/O命令169

7.3.3I/O指令169

7.4中斷驅動式I/O171

7.4.1中斷處理172

7.4.2設計問題173

7.4.3Intel 82C59A中斷控制器175

7.4.4Intel 82C55A可程式外部接口176

7.5存儲器直接存取（DMA）178

7.5.1編程式I/O和中斷驅動式I/O的不足178

7.5.2DMA功能179

7.5.3Intel 8237A DMA控制器181

7.6I/O通道和處理器183

7.6.1I/O功能的演變183

7.6.2I/O通道的特性183

7.7外部接口：FireWire和InfiniBand185

7.7.1接口的類型185

7.7.2點對點和多點配置186

7.7.3FireWire串列匯流排186

7.7.4InfiniBand190

7.8推薦的參考文獻和Web站點193

7.9關鍵字、思考題和習題193

第8章作業系統支持198

8.1作業系統概述198

8.1.1作業系統的目標和功能198

8.1.2作業系統的類型200

8.2調度207

8.2.1長期調度207

8.2.2中期調度208

8.2.3短期調度208

8.3存儲管理212

8.3.1交換212

8.3.2分區213

8.3.3分頁215

8.3.4虛擬存儲器216

8.3.5轉換後援緩衝器218

8.3.6分段220

8.4Pentium Ⅱ和PowerPC的存儲管理221

8.4.1Pentium Ⅱ的存儲管理硬體221

8.4.2PowerPC存儲管理硬體225

8.5推薦的參考文獻和Web站點228

8.6關鍵字、思考題和習題229

第三部分中央處理器

第9章計算機算術235

9.1算術邏輯單元235

9.2整數表示236

9.2.1符號幅值表示法236

9.2.22的補碼錶示法237

9.2.3不同位長間的轉換239

9.2.4定點表示法241

9.3整數算術241

9.3.1取負241

9.3.2加法和減法242

9.3.3乘法244

9.3.4除法250

9.4浮點表示253

9.4.1原理253

9.4.2二進制浮點表示的IEEE標準256

9.5浮點算術258

9.5.1浮點加法和減法259

9.5.2浮點乘法和除法261

9.5.3浮點運算的精度問題263

9.5.4二進制浮點算術的IEEE標準264

9.6推薦的參考文獻和Web站點266

9.7關鍵字、思考題和習題267

第10章指令集：特徵和功能272

10.1機器指令特徵272

10.1.1機器指令要素272

10.1.2指令表示273

10.1.3指令類型274

10.1.4地址數目275

10.1.5指令集設計277

10.2運算元類型277

10.2.1數值278

10.2.2字元278

10.2.3邏輯數據279

10.3Pentium和PowerPC數據類型279

10.3.1Pentium數據類型279

10.3.2PowerPC數據類型280

10.4操作類型281

10.4.1數據傳送類283

10.4.2算術運算類284

10.4.3邏輯運算類285

10.4.4轉換類287

10.4.5輸入輸出類288

10.4.6系統控制類288

10.4.7控制傳遞類288

10.5Pentium和PowerPC操作類型293

10.5.1Pentium操作類型293

10.5.2PowerPC操作類型300

10.6彙編語言301

10.7推薦的參考文獻303

10.8關鍵字、思考題和習題303

附錄10A堆疊309

10A.1堆疊實現310

10A.2表示式求值311

附錄10B小數在先和大數在先314

10B.1位元組排序314

10B.2位排序316

第11章指令集：定址方式和指令格式317

11.1定址方式317

11.1.1立即定址319

11.1.2直接定址319

11.1.3間接定址319

11.1.4暫存器定址320

11.1.5暫存器間接定址320

11.1.6偏移定址321

11.1.7堆疊定址322

11.2Pentium和PowerPC定址方式323

11.2.1Pentium定址方式323

11.2.2PowerPC定址方式325

11.3指令格式327

11.3.1指令長度327

11.3.2位的分配328

11.3.3變長指令331

11.4Pentium和PowerPC指令格式334

11.4.1Pentium指令格式334

11.4.2PowerPC指令格式336

11.5推薦的參考文獻337

11.6關鍵字、思考題和習題338

第12章CPU結構和功能342

12.1處理器組織342

12.2暫存器組織344

12.2.1用戶可見暫存器344

12.2.2控制和狀態暫存器346

12.2.3微處理器暫存器組織的例子347

12.3指令周期349

12.3.1間址周期349

12.3.2數據流350

12.4指令流水352

12.4.1流水線策略352

12.4.2流水線的性能356

12.4.3轉移處理357

12.4.4Intel 80486的流水線363

12.5Pentium處理器364

12.5.1暫存器組織364

12.5.2MMX暫存器368

12.5.3中斷處理369

12.6PowerPC處理器371

12.6.1暫存器組織371

12.6.2中斷處理374

12.7推薦的參考文獻377

12.8關鍵字、思考題和習題377

第13章精簡指令集計算機382

13.1指令執行特徵383

13.1.1操作384

13.1.2運算元385

13.1.3過程調用385

13.1.4結論386

13.2大暫存器組方案的使用386

13.2.1暫存器視窗387

13.2.2全局變數389

13.2.3大暫存器組與Cache的對比389

13.3基於編譯器的暫存器最佳化391

13.4精簡指令集體系結構392

13.4.1CISC的理由392

13.4.2精簡指令集體系結構特徵394

13.4.3CISC與RISC特徵對比395

13.5RISC流水線技術397

13.5.1規整指令的流水線技術397

13.5.2流水線的最佳化398

13.6MIPS R4000400

13.6.1指令集400

13.6.2指令流水線403

13.7SPARC406

13.7.1SPARC暫存器組406

13.7.2指令集408

13.7.3指令格式409

13.8RISC與CISC的爭論411

13.9推薦的參考文獻411

13.10關鍵字、思考題和習題412

第14章指令級並行性和超標量處理器416

14.1概述416

14.1.1超標量與超級流水線417

14.1.2限制418

14.2設計考慮421

14.2.1指令級並行性和機器並行性421

14.2.2指令發射策略421

14.2.3暫存器重命名424

14.2.4機器並行性425

14.2.5轉移預測426

14.2.6超標量執行427

14.2.7超標量實現427

14.3Pentium 4428

14.3.1由前端到跟蹤Cache429

14.3.2無序執行邏輯434

14.3.3整數和浮點執行單元435

14.4PowerPC435

14.4.1PowerPC 601435

14.4.2轉移處理439

14.4.3PowerPC 620439

14.5推薦的參考文獻441

14.6關鍵字、思考題和習題442

第15章IA64體系結構447

15.1推動因素447

15.2通常組織449

15.3判定、推測和軟體流水450

15.3.1指令格式450

15.3.2彙編語言格式452

15.3.3判定執行453

15.3.4控制推測457

15.3.5數據推測461

15.3.6軟體流水462

15.4IA64指令級體系結構465

15.4.1暫存器堆疊467

15.4.2當前棧幀標示器和先前功能狀態暫存器468

15.5Itanium處理器組織469

15.6推薦的參考文獻和Web站點472

15.7關鍵字、思考題和習題472

第四部分控制器

第16章控制器操作478

16.1微操作479

16.1.1指令周期的子周期479

16.1.2指令周期483

16.2處理器控制484

16.2.1功能需求484

16.2.2控制信號485

16.2.3控制信號舉例486

16.2.4處理器內部組織488

16.2.5Intel 8085489

16.3硬連線實現493

16.3.1控制器輸入493

16.3.2控制器邏輯494

16.4推薦的參考文獻495

16.5關鍵字、思考題和習題495

第17章微程式式控制497

17.1基本概念497

17.1.1微指令497

17.1.2微程式式控制器499

17.1.3Wilkes控制501

17.1.4優缺點505

17.2微指令排序505

17.2.1設計考慮505

17.2.2排序技術505

17.2.3地址生成508

17.2.4LSI11微指令排序508

17.3微指令執行509

17.3.1微指令分類法510

17.3.2微指令編碼512

17.3.3LSI11微指令執行513

17.3.4IBM 3033微指令執行518

17.4TI 8800519

17.4.1微指令格式519

17.4.2微順序器522

17.4.3暫存器式ALU525

17.5推薦的參考文獻527

17.6關鍵字、思考題和習題527

第五部分並行處理的組織

第18章並行處理532

18.1多處理機組織533

18.1.1並行處理機系統類型533

18.1.2並行組織533

18.2對稱多處理機535

18.2.1組織535

18.2.2多處理機作業系統設計考慮538

18.2.3大型機SMP538

18.3cache一致性和MESI協定540

18.3.1軟體解決方案541

18.3.2硬體解決方案541

18.3.3MESI協定543

18.4多執行緒化和晶片多處理器546

18.4.1隱式和顯式多執行緒化546

18.4.2顯式多執行緒化的方法547

18.4.3實例系統550

18.5機群系統552

18.5.1機群系統配置552

18.5.2作業系統設計問題554

18.5.3機群計算機體系結構555

18.5.4機群系統與SMP的對比557

18.6非均勻存儲器存取557

18.6.1推動因素557

18.6.2組織558

18.6.3NUMA的贊成票和反對票559

18.7向量計算560

18.7.1向量計算方法561

18.7.2IBM 3090向量設備565

18.8推薦的參考文獻和Web站點571

18.9關鍵字、思考題和習題572

附錄A計算機組織與體系結構

課題578

A.1研究性課題578

A.2仿真性課題578

A.2.1SimpleScalar579

A.2.2SMPCache579

A.3閱讀/報告類題目579