本书借鉴了国内外*经典的相关教材,系统地论述了计算机系统结构的基本概念、基本结构、基本方法等,强调从开发并行性的角度,用量化分析(性能评价)的方法来研究和分析计算机系统。
全书共有13章。第1章介绍基本概念、并行性的发展和定量分析基础。第2章介绍计算机指令系统的设计和MIPS指令系统。第3章介绍流水线技术,包括性能分析、调度、相关和冲突以及流水线的实现。第4章介绍向量处理机的结构、特点和性能评价。第5章和第6章分别讲述如何用硬件和软件的方法来开发指令级并行性,包括记分牌和Tomasulo算法、基于硬件的前瞻执行、多指令流出技术、循环展开、VLIW、EPIC等。第7章介绍存储层次,**讲述Cache的基本知识及提高Cache性能的各种方法。第8章介绍总线、通道处理机和RAID。第9章介绍互连网络的特性参数、静/动态互连网络以及消息传递机制等。第10章介绍SMP、DSM、MPP等并行计算机系统结构,论述多Cache一致性、同步、同时多线程。*后3章分别介绍机群计算机、阵列处理机、数据流计算机。
本书内容丰富,实例具体,语言简练,可读性好,通俗��懂,可作为高等院校计算机及相关专业的教

第1章 计算机系统结构的基础知识
内容提要
1.计算机系统结构的基本概念
2.计算机系统的设计
3.计算机系统的性能评测
4.计算机系统结构的发展
5.计算机系统结构中并行性的发展
1.1 计算机系统结构的基本概念
自**台通用电子计算机诞生以来的60多年中,计算机技术一直在以惊人的速度发展,对于许多应用来说,现在的高性能微处理器的性能已经超过了10年前的**计算机。这种飞速的发展一方面是得益于计算机制造技术的发展,另一方面则是因为计算机系统结构的创新。
在计算机开始发展的25年中,上述两种因素都起着主要的作用,它们使计算机的性能每年提高约25%。从20世纪70年代末到80年代初,大规模集成电路和微处理器的出现使得计算机性能的年增长率提高到了约35%。这种提高主要归功于以集成电路为代表的制造技术的发展。
到了20世纪80年代初,一种称为RISC(Reduced Instruction Set Computer)的结构的出现,使计算机系统结构发生了一次重大变革。这种结构简化了指令系统,而把更多的芯片硅面积用于实现流水和Cache,更有效地提高了性能。从80年代中期开始,计算机的性能增长更是达到了每年50%以上。
但是,从2002年以来,计算机性能的年增长率下降到了约30%。其主要原因是:①大功耗问题;②可以进一步有效地开发的指令级并行性已经很少;③存储器访问速度的提高缓慢。这使得单个处理机性能的提高受到了严峻的挑战。于是,Intel于2004年宣布放弃其高性能单处理器项目,转向多核(multi-core)的研究和开发。这是通过在单个芯片上实现多个处理器核来提高性能。IBM、Sun、AMD等公司也都纷纷朝这个方向转变。这标志着系统结构的一个重大转折:从单纯依靠指令级并行转向开发线程级并行和数据级并行。
……

第1章 计算机系统结构的基础知识
1.1 计算机系统结构的基本概念
1.1.1 计算机系统的层次结构
1.1.2 计算机系统结构的定义
1.1.3 计算机组成和计算机实现
1.1.4 计算机系统结构的分类
1.2 计算机系统的设计
1.2.1 计算机系统设计的定量原理
1.2.2 计算机系统设计者的主要任务
1.2.3 计算机系统设计的主要方法
1.3 计算机系统的性能评测
1.4 计算机系统结构的发展
1.4.1 冯·诺依曼结构及其改进
1.4.2 软件对系统结构的影响
1.4.3 器件发展对系统结构的影响
1.4.4 应用对系统结构的影响
1.5 计算机系统结构中并行性的发展
1.5.1 并行性的概念
1.5.2 提高并行性的技术途径
1.5.3 单机系统中并行性的发展
1.5.4 多机系统中并行性的发展
1.5.5 并行机的发展变化
习题1
第2章 指令系统的设计
2.1 指令系统结构的分类
2.2 寻址方式
2.3 指令系统的设计和优化
2.3.1 指令系统设计的基本原则
2.3.2 控制指令
2.3.3 指令操作码的优化
2.3.4 指令字格式的优化
2.4 指令系统的发展和改进
2.4.1 沿CISC方向发展和改进指令系统
2.4.2 沿RISC方向发展和改进指令系统
2.5 操作数的类型和大小
2.6 MIPS指令系统结构
2.6.1 MIPS的寄存器
2.6.2 MIPS的数据表示
2.6.3 MIPS的数据寻址方式
2.6.4 MIPS的指令格式
2.6.5 MIPS的操作
2.6.6 MIPS的控制指令
2.6.7 MIPS的浮点操作
习题2
第3章 流水线技术
3.1 流水线的基本概念
3.1.1 什么是流水线
3.1.2 流水线的分类
3.2 流水线的性能指标
3.2.1 流水线的吞吐率
3.2.2 流水线的加速比
3.2.3 流水线的效率
3.2.4 流水线性能分析举例
3.2.5 流水线设计中的若干问题
3.3 非线性流水线的调度
3.3.1 单功能非线性流水线的*优调度
3.3.2 多功能非线性流水线的调度
3.4 流水线的相关与冲突
3.4.1 一条经典的5段流水线
3.4.2 相关与流水线冲突
3.5 流水线的实现
3.5.1 MIPS的一种简单实现
3.5.2 基本的MIPS流水线
习题3
第4章 向量处理机
第5章 指令级并行及其开发——硬件方法
第6章 指令级并行的开发——软件方法
第7章 存储系统
第8章 输入输出系统
第9章 互连网络
第10章 多处理机
第11章 机群系统
第12章 阵列处理机
第13章 数据流计算机
参考文献

本书借鉴了国内和国外*经典的相关教材,吸取了它们各自的优点,并将其内容有机地结合在了一起,充分反映了计算机系统结构的*新发展。
本书采用了国际**行的量化分析方法来研究计算机系统结构,强调从开发并行性的角度,用性能分析的方法来研究和分析计算机系统。
本书通俗易懂,结构清晰,内容层次分明,**突如。
本书提供配套的教辅材料,包括实验、学习辅导和习题解析教程,PPT讲稿,实验模拟程序,动画课件。