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第1章 计算机系统设计基础1

1.1 计算机系统的基本概念2

1.1.1 计算机系统的层次结构2

1.1.2 计算机系统结构4

1.1.3 计算机组成与实现5

1.1.4 计算机系统结构的分类6

1.2 计算机系统设计技术9

1.2.1 计算机系统设计原理9

1.2.2 计算机系统设计方法11

1.3 计算机系统的性能评价13

1.3.1 CPU性能13

1.3.2 MIPS和MFLOPS14

1.3.3 基准测试程序15

1.3.4 性能评价结果的统计和比较16

1.3.5 Intel微处理器性能评价19

1.4 计算机系统结构的发展23

1.4.1 计算机系统结构的演变23

1.4.2 软件、应用和器件对系统结构发展的影响25

习题一32

2.1 浮点数据表示和IEEE754标准36

2.1.1 数据表示、数据类型、数据结构的关系36

第2章 数据表示与指令系统36

2.1.2 浮点数据表示38

2.1.3 IEEE754标准浮点数表示45

2.2 高级数据表示47

2.2.1 自定义数据表示47

2.2.2 向量数据表示52

2.2.3 堆栈数据表示54

2.3.1 寻址方式55

2.3 寻址方式与指令格式的优化设计55

2.3.2 程序定位技术61

2.3.3 指令格式的优化与设计63

2.4 指令系统设计的两种风格69

2.4.1 指令系统的功能设计69

2.4.2 复杂指令系统计算机（CISC）设计风格71

2.4.3 精简指令系统计算机（RISC）设计风格77

2.4.4 CISC机和RISC机的比较86

习题二87

3.1 输入输出系统原理90

第3章 输入输出系统90

3.1.1 输入输出系统的特点91

3.1.2 输入输出系统的基本方式92

3.2 总线设计94

3.2.1 总线的类型94

3.2.2 总线的控制方式98

3.2.3 总线通信技术102

3.2.4 总线设计104

3.2.5 Pentium微处理器的总线系统106

3.2.6 Pentium系列微计算机系统的输入输出总线（USB和IEEE1394）108

3.3 中断系统113

3.3.1 中断系统的分类与分级113

3.3.2 中断系统软、硬件功能分配117

3.3.3 中断响应与中断屏蔽119

3.3.4 Pentium系列微计算机的中断系统122

3.3.5 APIC技术简介126

3.4 通道处理机135

3.4.1 通道的功能136

3.4.2 通道的工作原理138

3.4.3 通道的类型140

3.4.4 通道流量的分析143

3.5 外围处理机146

3.5.1 外围处理机的功能146

3.5.2 外围处理机的特点147

3.5.3 外围处理机的分类149

习题三151

第4章 存储系统154

4.1 存储系统的原理154

4.1.1 存储系统的意义154

4.1.2 存储系统的性能指标155

4.1.3 “Cache-主存”和“主存-辅存”层次157

4.1.4 主存频宽的平衡与提高158

4.2 虚拟存储器165

4.2.1 虚拟存储器的管理方式166

4.2.2 页式虚拟存储器的构成172

4.2.3 加快页式虚拟存储器地址变换的方法181

4.2.4 提高主存命中率的方法186

4.2.5 虚拟存储器的保护技术188

4.2.6 Pentium微处理器的虚拟存储器190

4.3.2 地址映像与地址变换196

4.3 高速缓冲存储器（Cache）196

4.3.1 Cache工作原理196

4.3.3 Cache替换算法及其实现205

4.3.4 Cache一致性与写策略209

4.3.5 Cache性能分析214

4.3.6 三级存储系统“Cache-主存-辅存”系统217

4.3.7 Pentium PC的Cache219

习题四224

5.1 标量流水工作原理229

5.1.1 指令的重叠解释方式229

第5章 流水技术与向量处理229

5.1.2 先行控制技术231

5.1.3 标量流水工作原理233

5.1.4 标量流水线的分类235

5.1.5 标量流水线性能分析237

5.2 标量流水中的障碍及控制242

5.2.1 局部性相关及处理243

5.2.2 全局性相关及处理246

5.2.3 流水线的中断及处理250

5.3 流水线的调度技术250

5.3.1 非线性流水线的静态调度技术251

5.3.2 流水线的动态调度技术253

5.4 先进的流水技术257

5.4.1 超标量流水线技术258

5.4.2 超流水线技术263

5.4.3 超标量超流水线技术265

5.4.4 超长指令字（VLIW）技术266

5.5 Pentium微处理器中的流水技术268

5.5.1 Pentium微处理器的超标量流水线268

5.5.2 Pentium微处理器U、V流水线指令配对272

5.5.3 Pentium微处理器中的BTB274

5.5.4 Pentium Ⅱ／Ⅲ微处理器中动态执行技术276

5.6 向量流水技术281

5.6.1 向量流水的基本概念281

5.6.2 CRAY-1型向量流水处理机284

5.6.3 增强向量处理性能的方法286

习题五290

第6章 并行处理技术296

6.1 并行处理技术的基本概念296

6.2.1 阵列机的基本结构297

6.2 SIMD并行计算机（阵列处理机）297

6.2.2 阵列机的主要特点299

6.2.3 典型SIMD计算机举例299

6.3 SIMD并行计算机算法306

6.3.1 矩阵加307

6.3.2 矩阵乘308

6.3.3 累加和309

6.4 SIMD计算机的互连网络311

6.4.1 互连网络的设计目标311

6.4.2 互连函数312

6.4.3 互连网络的分类和结构参数316

6.4.4 静态互连网络318

6.4.5 动态互连网络322

6.5 多处理机334

6.5.1 多处理机的特点334

6.5.2 多处理机的分类335

6.5.3 多处理机间的互连方式338

6.5.4 多处理机系统中并行性开发343

6.5.5 多处理机的操作系统350

6.5.6 多处理机的调度策略352

习题六355

第7章 新型计算机结构359

7.1 脉动阵列计算机359

7.2 数据流计算机360

7.2.1 数据流计算机的基本工作原理361

7.2.2 数据流程序图和数据流语言361

7.2.3 数据流计算机的基本结构365

7.2.4 数据流计算机存在的主要问题368

7.3.2 归约机的结构特点369

7.3.1 函数式程序设计语言369

7.3 归约机369

7.3.3 面向函数式语言的归约机370

7.4 人工智能计算机371

7.4.1 人工智能计算特征371

7.4.2 AI计算机的分类372

7.4.3 PROLOG推理机373

7.4.4 RWC研究计划374

习题七376

主要参考文献377