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第一章 计算机体系结构的相关概念1

1.1 体系结构的有关术语1

1.1.1 计算机系统的层次结构1

1.1.2 计算机体系结构2

1.1.3 计算机组织和计算机实现3

1.1.4 计算机体系结构的分类4

1.2 体系结构发展的因素6

1.2.1 存储程序计算机体系结构及其发展6

1.2.2 软件对体系结构的影响7

1.2.3 应用对体系结构的影响9

1.2.4 器件对体系结构的影响9

1.2.5 体系结构的生命周期10

1.3 定量分析技术11

1.3.1 系统设计的定量原理11

1.3.2 性能评价标准14

1.3.3 成本与价格18

1.4 体系结构中并行性的发展19

1.4.1 并行性的概念19

1.4.3 单机系统中并行性的发展20

1.4.2 提高并行性的技术途径20

1.4.4 多机系统中并行性的发展21

小结22

习题22

第二章 时间并行技术24

2.1 流水线技术24

2.1.1 流水线的基本概念24

2.1.2 流水线的表示方法26

2.1.3 流水线的特点27

2.2.1 流水线的吞吐率28

2.2 流水线的性能指标28

2.2.2 流水线的加速比31

2.2.3 流水线的效率32

2.2.4 流水线的最佳段数33

2.3 流水线的结构相关和数据相关37

2.3.1 流水线的结构相关37

2.3.2 流水线的数据相关38

2.4 流水线的控制相关42

2.4.1 控制相关的概念42

2.4.2 条件分支对流水线的影响42

2.4.3 静态分支技术43

2.4.4 动态分支预测技术48

2.4.5 流水线处理机的中断处理51

小结51

习题52

第三章 指令级并行技术54

3.1 指令级并行的概念54

3.1.1 并行性的有关术语54

3.1.2 多指令流出：指令级并行度56

3.2 数据相关及其处理技术56

3.2.1 数据相关类型56

3.2.2 寄存器重命名57

3.2.3 静态指令调度58

3.2.4 动态指令调度60

3.3 超标量流水处理机61

3.3.1 超标量流水线的发射策略61

3.3.2 典型处理机结构65

3.3.3 超标量流水处理机性能69

3.4 超流水线处理机70

3.4.1 超流水线处理机时空图70

3.4.2 典型处理机结构71

3.4.3 超流水线处理机性能73

3.5.2 典型处理机结构74

3.5 超标量超流水线处理机74

3.5.1 指令执行时空图74

3.5.3 超标量超流水线处理机性能77

3.6 超长指令字处理机77

3.6.1 VLIW处理机的特点77

3.6.2 VLIW处理机的结构模型78

3.6.3 典型处理机结构79

小结81

习题82

4.1.1 向量处理85

4.1 向量处理的基本概念85

第四章 向量处理机85

4.1.2 向量处理方法86

4.2 向量处理机的结构88

4.2.1 存储器-存储器结构88

4.2.2 寄存器-寄存器结构91

4.3 提高向量处理机性能的方法93

4.3.1 多功能部件的并行操作93

4.3.2 链接技术94

4.3.3 分段开采技术95

4.3.4 采用多处理机体系结构96

4.4 向量处理机的性能评估97

4.4.1 一条向量指令的执行时间97

4.4.2 一组向量操作的执行时间98

4.4.3 分段开采时一组向量操作的总执行时间99

4.4.4 最大性能R∞和半性能向量长度n1/2100

4.5 新型向量处理机101

4.5.1 Cray Y-MP,C90101

4.5.2 NECSX-X系列103

习题104

小结104

第五章 互连网络107

5.1 互连网络的相关概念107

5.1.1 互连网络的功能和特征107

5.1.2 互连网络的描述工具108

5.1.3 互连网络的特性参数111

5.2 互连网络的结构112

5.2.1 静态互连网络112

5.2.2 动态互连网络115

5.3 互连网络的路由选择和消息传递方式121

5.3.1 路由选择方法121

5.3.2 消息传递方式124

5.3.3 死锁与虚拟通道126

5.4 流量控制策略和通信模式128

5.4.1 流量控制策略128

5.4.2 通信模式129

小结130

习题130

第六章 阵列处理机133

6.1 阵列处理机的操作模型和特点133

6.1.1 阵列处理机的操作模型133

6.2.1 分布式存储器的阵列机134

6.1.2 阵列处理机的特点134

6.2 阵列处理机的基本结构134

6.2.2 共享存储器的阵列机135

6.3 阵列处理机实例136

6.3.1 Illiac Ⅳ阵列处理机136

6.3.2 MP-1阵列处理机140

6.4 阵列机的并行算法143

6.4.1 SIMD体系结构与并行算法的关系143

6.4.2 算法举例144

小结147

习题148

7.1 多处理机的一般模型、特点和分类150

7.1.1 多处理机的一般模型150

第七章 多处理机150

7.1.2 多处理机的特点151

7.1.3 多处理机的分类152

7.2 多处理机的Cache一致性154

7.2.1 Cache不一致性的由来154

7.2.2 监听协议法155

7.2.3 目录表协议法156

7.3.1 大规模并行处理机Cray T3D158

7.3 多处理机实例158

7.3.2 共享存储型多处理机Origin 2000161

7.3.3 容错计算机系统Stratus164

7.4 多处理机中程序并行性的开发167

7.4.1 程序并行性的分析167

7.4.2 并行程序设计170

小结173

习题173

第八章 机群系统176

8.1 机群系统的概念176

8.2 机群系统实例——IBM SP2178

8.3 机群系统实例——超级刀片计算机180

小结183

习题184

第九章 课程设计实验185

9.1 TEC-4计算机组成实验系统185

9.1.1 TEC-4计算机组成实验系统的特点185

9.1.2 电源和时序发生器186

9.1.3 数据通路186

9.1.4 指令系统190

9.1.5 控制器和控制台191

9.1.6 用户自选器件实验区193

9.2 微程序控制的流水计算机模型设计与调试193

9.2.1 教学目的、任务与实验设备193

9.2.2 设计要求194

9.2.3 微程序控制器的设计与调试195

9.3 硬连线控制的流水计算机模型设计与调试197

9.3.1 教学目的、任务与实验设备197

9.3.2 设计与调试要求198

参考文献199

附录200