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內容簡介

　　這是一部關于現代計算機的體系結構的實用教科書。內容新穎全面，講解深入細致，編寫時，特別注重根據不同的教學對象定位不同的培養(yǎng)目標，各章、節(jié)的重難點，主次內容都做了恰當合理的安排。全書由8章構成，其主要內容包括：現代計算機體系結構的發(fā)展、流水線與超標量處理機、向量處理機的概念和性能、存儲系統(tǒng)的概念和性能、總線的作用和特性、互連網絡、SIMD計算機、多處理機與多計算機系統(tǒng)。全書用了幾章的篇幅深入地探討了各基礎部件中采用的新技術及其對提高性能的作用，為構建個人計算機、工作站、服務器等高性能計算機系統(tǒng)打下了理論基礎。此外，本書各章均配有豐富的習題供讀者練習，鞏固所學知識。作者從事一線的教學數十年，積累了豐富的教學經驗，本書在整體結構安排、內容取舍以及整書的編寫過程中，都充分考慮了教與學的特點，以及所面對的特定讀者的具體需要。在內容上既注重了理論體系的完整性，又兼具系統(tǒng)性和先進性。結構清晰，概念準確，文字敘述簡潔明了、可讀性強，既便于教師課堂講授，又便于自學者閱讀。通過閱讀本書，可對現代計算機體系結構有全面的了解，并為進一步深入學習和研究計算機科學技術奠定基礎。本書可作為普通高校、職業(yè)學校計算機科學與技術專業(yè)，或非計算機專業(yè)的本、?？茖W生的教材和教學參考書，也可以作為工程技術人員的自學教材或指導書。

作者簡介

暫缺《現代計算機體系結構教程》作者簡介

圖書目錄

第1章  現代計算機體系結構概述 1
1.1  現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  數據相關 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 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  互連網絡 177
6.1  互連網絡的基本概念 177
6.1.1  互連網絡在計算機系統(tǒng)中的地位 177
6.1.2  互連網絡的主要特性和性能參數 178
6.1.3  互連網絡的種類 180
6.1.4  互連函數 188
6.2  多級互連網絡 193
6.2.1  幾種阻塞互連網絡 194
6.2.2  可重排非阻塞網絡——Benes二進制置換網絡 200
6.2.3  非阻塞網絡——多級Clos網絡 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