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前言1

第一章计算机系统结构的基本概念1

§1计算机系统层次结构1

1.1软件与硬件1

目录1

1.2计算机系统的多级层次结构2

§2计算机系统结构的定义5

2.1计算机系统结构5

2.2计算机组成与实现7

2.2-1计算机组成7

2.2-2微程序技术8

2.2-3计算机实现10

2.3计算机系统结构、组成与实现10

3.1采用统一的高级语言16

§3程序的可移植性要求对计算机系统设计的影响16

3.2系列机概念17

3.3模拟与仿真22

§4计算机的分型与系统结构的关系25

4.1计算机的分型25

4.2系统结构与分型27

§5应用对系统结构的影响28

5.1多功能通用机概念29

5.2吸收专用机系统结构的成果30

§6器件的发展对计算机系统结构的影响31

6.1器件发展的简要回顾32

6.1-1器件性能价格比的指数上升32

6.1-2非用户片、现场片与用户片32

6.2器件的发展是推动系统结构和组成前进的重要因素35

6.3器件的发展对逻辑设计方法的影响37

§7计算机设计自动化38

习题43

主要参考文献43

第二章指令与寻址43

§1语义差距与软、硬件取舍43

§2数据表示44

2.1设计系统结构首先要确定数据表示44

2.1-1数据结构与数据表示44

2.1-2数据表示的确定47

2.2浮点数基值的选择和下溢处理49

2.2-1浮点数基值的选择49

2.2-2浮点数的下溢处理54

2.3-1自定义数据表示56

2.3自定义数据表示与向量数据表示56

2.3-2向量数据表示60

§3寻址方式61

3.1寻址方式分析61

3.2逻辑地址与物理地址63

§4指令系统66

4.1指令格式的优化66

4.1-1哈夫曼压缩概念66

4.1-2操作码与指令字的优化表示68

4.2 IBM370指令系统简介73

4.3从指令串的替代来改进77

4.4面向高级语言优化实现的改进79

4.5面向操作系统实现的改进86

1.1重迭解释方式98

§1控制方式98

主要参考文献98

第三章控制方式98

习题98

1.2相关处理100

1.2-1指令相关的处理100

1.2-2主存空间数相关的处理101

1.2-3通用寄存器组的相关处理101

§2流水方式104

2.1基本概念104

2.1-1从重迭到流水104

2.1-2流水结构的分类105

2.2主要性能及分析108

2.2-1吞吐率108

2.2-2效率110

2.2-3实例分析111

2.3相关处理和控制机构113

2.3-1局部性相关的处理113

2.3-2全局性相关的处理116

2.3-3流水机器的中断处理119

2.4向量的流水处理120

§3功能分布处理方式简述124

习题131

主要参考文献131

第四章输入输出系统131

§1引言131

§2总结构线132

2.1总线的类型133

2.2总线的控制方法135

2.3-1同步通讯136

2.3总线的通讯技术136

2.3-2异步通讯137

2.4数据宽度与总线线数138

2.4-1数据宽度138

2.4-2总线的线数139

§3中断系统140

3.1中断的分类和分级140

3.2中断系统的软硬功能分配143

§4通道145

4.1工作原理145

4.2通道流量的分析149

第五章存贮体系155

1.1存贮技术：容量、速度与价格的矛盾155

§1引言155

主要参考文献155

习题155

1.2存贮体系原理156

1.2-1存贮体系的形成与发展156

1.2-2存贮体系的基本要求和性能参数159

1.3并行主存系统模数m的分析162

1.4程序的局部性与定位165

§2地址的映象与变换170

2.1全相联映象及其变换171

2.2直接映象及其变换172

2.3组相联映象及其变换174

2.4段相联映象176

2.5对标志表的分析177

2.6散列概念在地址变换中的应用177

§3替换算法及其实现179

3.1替换算法的分析180

3.2替换算法的实现184

3.2-1使用位法184

3.2-2堆栈法185

3.2-3比较对法186

§4虚拟存贮器187

4.1虚拟存贮器原理188

4.1-1虚地址到辅存实地址的变换188

4.1-2多用户虚拟存贮器189

4.1-3虚拟存贮器工作的全过程190

4.1-4快表与慢表192

4.2-1主存空间利用率196

4.2影响虚拟存贮器某些指标的因素196

4.2-2主存的命中率197

§5高速缓冲存贮器（Cache）200

5.1基本结构200

5.2 Cache的透明性203

5.3任务切换对失效率的影响204

5.4多处理机系统的Cache结构205

5.5影响“Cache—主存”层次性能的因素206

5.6“Cache—主存—辅存”层次208

§6主存保护与主存控制部件209

6.1主存保护209

6.2主存控制部件212

§1基本概念218

第六章可靠性技术218

1.1故障的类别及产生的原因218

主要参考文献218

习题218

1.2余技术219

§2故障诊断222

2.1故障定位测试法222

2.1-1 D算法224

2.1-2布尔差分法229

2.2微诊断法230

§3纠错码232

3.1纠错码的基本原理232

3.2线性码235

3.3海明码及推广海明码238

3.4循环冗余码在磁带机中的应用241

§4可靠性模型和分析246

4.1可靠性模型246

4.2可靠性分析的例子248

4.3冗余结构的可靠性分析250

4.3-1备件替换冗余系统250

4.3-2 N模冗余系统251

4.3-3混合冗余结构252

习题257

主要参考文献257

第七章多机系统257

§1计算机系统结构中并行性的发展和多机系统类型257

1.1计算机系统结构中并行性概念的发展257

1.1-1并行性的广义理解257

1.1-2计算机系统结构向并行处理系统发展的途径和趋势258

1.2多机系统的特性260

1.2-1多机系统的耦合度260

1.2-2多处理机的特性和优点261

1.3-1按并行性等级分类262

1.3多机系统的分类262

1.3-2与其它分类法比较263

§2并行处理机264

2.1并行处理机的特点与组成264

2.1-1并行处理机的工作原理和组成264

2.1-2并行处理机的专用性特点266

2.2阵列处理机的结构266

2.2-1阵列处理机的系统框图266

2.2-2处理单元阵列结构原理267

2.2-3 阵列处理机的基本功能267

2.2-4 DAP阵列处理机的结构特点268

2.3阵列处理机的算法举例269

2.3-1有限差分问题269

2.3-2矩阵问题270

2.3-3累加和271

2.4并行处理机的近期发展273

2.4-1阵列处理机的评价273

2.4-2 MPP位平面阵列处理机274

2.4-3 BSP科学处理机275

2.5 SIMD计算机的互连网络278

2.5-1互连网络问题的重要性278

2.5-2单级互连网络278

2.5-3循环互连网络和多级互连网络281

§3多处理机284

3.1多处理机与并行处理机的区别285

3.2多处理机硬件系统结构286

3.2-1总线结构286

3.2-3多端口存贮器结构288

3.2-2交叉开关结构288

3.2-4开关枢纽结构289

3.3程序并行性290

3.3-1算术表达式的并行运算290

3.3-2递归程序的并行性292

3.3-3程序并行性的分析295

3.4并行进程的控制和调度296

3.4-1并行任务的派生与汇合297

3.4-2同步与互斥299

3.4-3资源分配和进程调度301

第八章描述与评价308

§1硬件描述语言308

1.1什么是硬件描述语言308

主要参考文献308

习题308

1.2计算机设计语言CDL310

1.2-1 CDL描述符310

1.2-2用 CDL描述一台计算机314

1.2-3 用 CDL描述一台微程序计算机318

1.2-4 CDL 语言在设计数字系统中的应用322

1.2-5模拟测试324

1.3交互式计算机图形语言330

§2性能评价336

2.1性能评价研究的重要性336

2.2性能的描述339

2.3评价对象与评价手段340

2.4系统结构的评价341

2.4-1评分法342

2.4-2典型程序法348