現(xiàn)代計算機體系結構教程

第1章  現(xiàn)代計算機體系結構概述 1                  
 1.1  現(xiàn)代計算機體系結構的演化 1                  
 1.1.1  微處理機的發(fā)展 2                  
 1.1.2  微型計算機硬件結構的演化 3                  
 1.1.3  微型計算機軟件的演化 4                  
 1.2  計算機性能評價 5                  
 1.2.1  CPU性能 6                  
 1.2.2  系統(tǒng)運行速度 9                  
 1.2.3  加速比 12                  
 1.2.4  性能/價格比 14                  
 1.3  計算機系統(tǒng)的層次結構 15                  
 1.3.1  層次結構 15                  
 1.3.2  馮·諾依曼結構 16                  
 1.3.3  現(xiàn)代計算機體系結構的研究對象 18                  
 1.3.4  計算機體系結構的分類 19                  
 1.3.5  影響現(xiàn)代計算機體系結構的主要因素 22                  
 習題1 25                  
 第2章  流水線與超標量處理機 27                  
 2.1  先行控制技術 27                  
 2.1.1  指令的重疊執(zhí)行 27                  
 2.1.2  先行控制原理 28                  
 2.1.3  數(shù)據(jù)相關 31                  
 2.1.4  轉移及轉移預測 33                  
 2.2  流水線技術 36                  
 2.2.1  流水線工作原理 37                  
 2.2.2  線性流水線的性能分析 40                  
 2.2.3  流水線中的相關及其處理 44                  
 2.2.4  非線性流水線的調度問題 47                  
 2.3  超標量與超流水線技術 50                  
 2.3.1  超標量處理機的基本結構 50                  
 2.3.2  指令的單發(fā)射與多發(fā)射 51                  
 2.3.3  超標量處理機的性能 55                  
 2.4  超流水線技術 56                  
 2.4.1  超流水線的一般概念 56                  
 2.4.2  MIPS R4000超流水線處理機 57                  
 2.4.3  超流水線的性能 57                  
 2.4.4  超標量超流水線處理機 58                  
 2.5  RISC處理機 60                  
 2.5.1  計算機體系結構設計思想的轉變 60                  
 2.5.2  RISC處理機的定義和特點 62                  
 2.5.3  實現(xiàn)RISC思想的幾個關鍵技術 64                  
 2.5.4  幾個常見的RISC處理機 68                  
 2.6  超標量處理機Pentium Ⅱ 77                  
 2.6.1  Pentium Ⅱ的超標量流水線結構 77                  
 2.6.2  靜態(tài)與動態(tài)轉移預測 80                  
 習題2 81                  
 第3章  向量處理機 84                  
 3.1  向量處理的基本概念 84                  
 3.1.1  向量與向量處理 84                  
 3.1.2  向量指令 86                  
 3.2  向量處理機的結構 89                  
 3.2.1  向量處理機結構概述 89                  
 3.2.2  存儲器-存儲器結構 90                  
 3.2.3  寄存器-寄存器結構 93                  
 3.3  向量處理機與向量協(xié)處理機 93                  
 3.3.1  向量處理機 94                  
 3.3.2  向量協(xié)處理機 96                  
 3.4  向量處理機性能分析 100                  
 習題3 105                  
 第4章  存儲系統(tǒng) 107                  
 4.1  存儲系統(tǒng)的基本概念 107                  
 4.1.1  存儲系統(tǒng)的性能指標 107                  
 4.1.2  層次式存儲系統(tǒng) 109                  
 4.1.3  存儲器帶寬及其對系統(tǒng)性能的影響 110                  
 4.2  并行存儲器 113                  
 4.2.1  并行訪問存儲器 113                  
 4.2.2  交叉訪問存儲器 114                  
 4.2.3  無沖突訪問存儲器 116                  
 4.3  高速緩沖存儲器（Cache） 119                  
 4.3.1  基本工作原理 120                  
 4.3.2  地址映象與地址變換 121                  
 4.3.3  Cache替換算法 126                  
 4.3.4  Cache性能分析 128                  
 4.3.5  Pentium處理機中的雙獨立總線體系結構 131                  
 4.4  虛擬存儲器 132                  
 4.4.1  基本工作原理 133                  
 4.4.2  虛擬存儲器的地址映象和地址變換 135                  
 4.4.3  目錄表與二級分頁 141                  
 4.4.4  頁面替換算法及其實現(xiàn) 145                  
 4.5  三級存儲系統(tǒng) 148                  
 4.5.1  物理地址Cache結構 148                  
 4.5.2  虛擬地址Cache結構 149                  
 4.5.3  全Cache技術 150                  
 習題4 150                  
 第5章  總線 153                  
 5.1  概述 153                  
 5.1.1  總線在計算機中的地位 153                  
 5.1.2  總線的基本特性 155                  
 5.1.3  同步總線與異步總線 158                  
 5.2  總線仲裁 159                  
 5.2.1  總線競爭及其仲裁 159                  
 5.2.2  其他仲裁方式 160                  
 5.3  PCI總線及其在現(xiàn)代計算機體系結構中地位 166                  
 5.3.1  PCI總線的主要特性 166                  
 5.3.2  PCI總線中的仲裁 168                  
 5.3.3  采用PCI總線的服務器結構 169                  
 5.4  新一代總線——InfiniBand 171                  
 5.4.1  PCI總線的局限性 171                  
 5.4.2  InfiniBand的基本特性 172                  
 5.4.3  InfiniBand的基本體系結構 173                  
 習題5 175                  
 第6章  互連網(wǎng)絡 177                  
 6.1  互連網(wǎng)絡的基本概念 177                  
 6.1.1  互連網(wǎng)絡在計算機系統(tǒng)中的地位 177                  
 6.1.2  互連網(wǎng)絡的主要特性和性能參數(shù) 178                  
 6.1.3  互連網(wǎng)絡的種類 180                  
 6.1.4  互連函數(shù) 188                  
 6.2  多級互連網(wǎng)絡 193                  
 6.2.1  幾種阻塞互連網(wǎng)絡 194                  
 6.2.2  可重排非阻塞網(wǎng)絡——Benes二進制置換網(wǎng)絡 200                  
 6.2.3  非阻塞網(wǎng)絡——多級Clos網(wǎng)絡 202                  
 6.3  消息傳遞機制 202                  
 6.3.1  消息的尋徑 203                  
 6.3.2  死鎖及其規(guī)避 205                  
 6.3.3  單播方式的尋徑 208                  
 6.3.4  廣播通信方式下的尋徑 211                  
 習題6 212                  
 第7章  SIMD計算機 214                  
 7.1  概述 214                  
 7.1.1  SISD計算機對大數(shù)組的處理 214                  
 7.1.2  SIMD計算機的基本結構 214                  
 7.1.3  SIMD計算機與向量計算機 217                  
 7.2  典型SIMD計算機介紹 219                  
 7.2.1  Illiac Ⅳ陣列計算機 219                  
 7.2.2  BSP計算機 223                  
 7.2.3  CM-2計算機 226                  
 7.2.4  MasPar MP-2計算機 230                  
 7.3  SIMD在數(shù)值計算中的應用 232                  
 7.3.1  SIMD與連續(xù)模型計算 232                  
 7.3.2  SIMD計算機的幾種基本算法 235                  
 習題7 239                  
 第8章  多處理機與多計算機系統(tǒng) 241                  
 8.1  概述 241                  
 8.1.1  SIMD與MIMD 241                  
 8.1.2  共享存儲器多處理機的幾種結構形式 242                  
 8.1.3  多處理機系統(tǒng)的特點 243                  
 8.2  多處理機系統(tǒng)中的Cache一致性問題 244                  
 8.2.1  產生一致性問題的原因 244                  
 8.2.2  監(jiān)聽協(xié)議 246                  
 8.2.3  基于目錄的協(xié)議 250                  
 8.3  基于集中共享存儲器的多處理機系統(tǒng) 254                  
 8.3.1  適合多處理機系統(tǒng)使用的微處理機 254                  
 8.3.2  SGI Challenge多處理機系統(tǒng) 257                  
 8.3.3  SUN Enterprise多處理機系統(tǒng) 258                  
 8.4  基于分布式共享存儲器的多處理機系統(tǒng) 259                  
 8.4.1  CM-5計算機 259                  
 8.4.2  SGI Origin2000系列服務器 263                  
 8.5  機群系統(tǒng) 268                  
 8.5.1  機群系統(tǒng)的結構特點 268                  
 8.5.2  機群系統(tǒng)中的通信問題 272                  
 8.5.3  并行程序設計環(huán)境 276                  
 8.5.4  機群系統(tǒng)中的負載平衡問題 277                  
 8.6  多處理機系統(tǒng)的性能分析 280                  
 8.6.1  性能指標 280                  
 8.6.2  幾種多處理機系統(tǒng)的性能模型 285                  
 習題8 289                  
 參考文獻 291