計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

第1章 基礎(chǔ)知識(shí)
1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)
1.1.1 按功能劃分的多級(jí)層次結(jié)構(gòu)
1.1.2 按功能劃分層次的好處
1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1.2.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義
1.2.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容
1.3 計(jì)算機(jī)組成
1.3.1 計(jì)算機(jī)組成的定義
1.3.2 計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)
1.4 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)
1.4.1 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的定義
1.4.2 器件技術(shù)研究的內(nèi)容
1.4.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成、實(shí)現(xiàn)三者的關(guān)系和相互影響
1.5 計(jì)算機(jī)性能
1.5.1 性能因子CPI
1.5.2 計(jì)算機(jī)性能常用指標(biāo)MIPS和MFLOPS
1.5.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
1.5.4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定量原理
1.6 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類
1.6.1 Flynn分類法
1.6.2 馮氏分類法
習(xí)題1
第2章 指令系統(tǒng)
2.1 指令格式的優(yōu)化
2.1.1 操作碼的優(yōu)化表示
2.1.2 指令字格式的優(yōu)化
2.2 CISC
2.2.1 CISC的發(fā)展
2.2.2 CISC的特點(diǎn)
2.3 RISC
2.3.1 RISC結(jié)構(gòu)采用的基本技術(shù)
2.3.2 經(jīng)典CISC和純RISC體系結(jié)構(gòu)的比較
2.3.3 退耦CISC/RISC
2.4 后RISC
2.4.1 后RISC特征
2.4.2 幾種后RISC機(jī)器的比較
習(xí)題2
第3章 存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 存儲(chǔ)系統(tǒng)原理
3.1.1 基本概念
3.1.2 多級(jí)存儲(chǔ)層次
3.1.3 存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能參數(shù)
3.2 交叉訪問存儲(chǔ)器
3.2.1 主存系統(tǒng)的類型
3.2.2 高位交叉訪問存儲(chǔ)器
3.2.3 低位交叉訪問存儲(chǔ)器
3.2.4 拓寬存儲(chǔ)器帶寬的方法
3.3 頁式虛擬存儲(chǔ)器
3.3.1 虛擬存儲(chǔ)器的工作原理
3.3.2 虛擬存儲(chǔ)器的地址映像與變換
3.3.3 頁面替換算法及其實(shí)現(xiàn)
3.3.4 提高虛擬存儲(chǔ)器等效訪問速度的措施
3.3.5 影響主存命中率的某些因素
3.4 Cache存儲(chǔ)器
3.4.1 Cache存儲(chǔ)器的工作原理
3.4.2 Cache存儲(chǔ)器的地址映像與變換
3.4.3 Cache替換算法及其實(shí)現(xiàn)
3.4.4 Cache的透明性分析
3.4.5 Cache的取算法
3.4.6 影響Cache存儲(chǔ)器性能的因素
習(xí)題3
第4章 流水線計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)
4.1 重疊解釋方式和相關(guān)處理
4.1.1 重疊解釋方式的提出
4.1.2 一次重疊工作方式
4.1.3 相關(guān)處理
4.2 流水線的工作原理
4.3 流水線的特點(diǎn)
4.4 流水線的分類
4.4.1 根據(jù)向下擴(kuò)展和向上擴(kuò)展的思想分類
4.4.2 按流水線功能的多少分類
4.4.3 按流水線的工作方式分類
4.4.4 按流水線的連接方式分類
4.5 線性流水線性能分析
4.5.1 吞吐率和加速比
4.5.2 效率
4.6 線性流水線性能分析舉例
4.7 非線性流水線的基本概念
4.8 相關(guān)處理和控制機(jī)構(gòu)
4.8.1 局部相關(guān)的處理
4.8.2 全局相關(guān)的處理
4.8.3 流水機(jī)器的中斷處理
4.9 先進(jìn)的流水技術(shù)——?jiǎng)討B(tài)調(diào)度
4.9.1 流水的集中式動(dòng)態(tài)調(diào)度——記分板機(jī)制
4.9.2 流水的分布式動(dòng)態(tài)調(diào)度——Tomasulo方法
4.9.3 動(dòng)態(tài)硬件預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移方法
4.10 超標(biāo)量處理機(jī)和VLIW體系結(jié)構(gòu)
4.10.1 超標(biāo)量處理機(jī)
4.10.2 VLIW體系結(jié)構(gòu)
4.11 超流水處理機(jī)
4.12 超標(biāo)量超流水處理機(jī)
習(xí)題4
第5章 并行處理技術(shù)
5.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中并行性的發(fā)展
5.1.1 并行性的基本概念
5.1.2 實(shí)現(xiàn)并行性技術(shù)的途徑
5.1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中并行性的發(fā)展
5.2 SIMD并行處理機(jī)
5.2.1 SIMD并行處理機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
5.2.2 ILLIAC Ⅳ的處理單元陣列結(jié)構(gòu)
5.2.3 陣列處理機(jī)的并行算法
5.3 SIMD計(jì)算機(jī)的互連網(wǎng)絡(luò)
5.3.1 互連網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
5.3.2 互連函數(shù)的表示
5.3.3 單級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)
5.4 網(wǎng)絡(luò)特性
5.4.1 結(jié)點(diǎn)度和網(wǎng)絡(luò)直徑
5.4.2 聚集帶寬和等分帶寬
5.4.3 數(shù)據(jù)尋徑功能
5.5 靜態(tài)連接網(wǎng)絡(luò)
5.5.1 線性陣列
5.5.2 環(huán)和帶弦環(huán)
5.5.3 循環(huán)移數(shù)網(wǎng)絡(luò)和全連接
5.5.4 樹形和星型
5.5.5 胖樹型
5.5.6 網(wǎng)格型和環(huán)網(wǎng)型
5.5.7 超立方體
5.5.8 帶環(huán)立方體
5.5.9 k元n-立方體網(wǎng)絡(luò)
5.6 動(dòng)態(tài)連接網(wǎng)絡(luò)
5.6.1 總線互連方式
5.6.2 交叉開關(guān)互連方式
5.6.3 多級(jí)網(wǎng)絡(luò)互連方式
5.6.4 蝶式網(wǎng)絡(luò)
5.6.5 組合網(wǎng)絡(luò)
習(xí)題5
第6章 向量處理機(jī)
6.1 向量處理的基本概念
6.1.1 向量流水處理的主要特點(diǎn)
6.1.2 向量處理機(jī)的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
6.1.3 向量的處理方式
6.2 一般的向量處理機(jī)
6.2.1 寄存器組
6.2.2 多個(gè)單功能流水部件
6.2.3 運(yùn)算流水線
6.3 提高向量處理性能的常用技術(shù)
6.3.1 多功能部件的并行操作
6.3.2 鏈接技術(shù)
6.3.3 條件語句和稀疏矩陣的加速處理方法
6.3.4 向量歸約操作的加速方法
6.4 向量處理的性能評(píng)價(jià)
6.4.1 向量流水處理的時(shí)間
6.4.2 與向量長(zhǎng)度有關(guān)的向量流水處理機(jī)性能參數(shù)
6.5 多向量多處理機(jī)
6.5.1 Cray Y-MP
6.5.2 C-90和機(jī)群
6.5.3 Fujitsu VP2000
6.5.4 VPP500
習(xí)題6
第7章 多處理機(jī)
7.1 多處理機(jī)結(jié)構(gòu)
7.1.1 多處理機(jī)的特點(diǎn)
7.1.2 多處理機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)
7.2 多處理機(jī)的Cache一致性
7.2.1 Cache一致性問題的原因
7.2.2 監(jiān)聽一致性協(xié)議
7.2.3 MESI監(jiān)聽協(xié)議
7.2.4 基于目錄的協(xié)議
7.3 程序的劃分和調(diào)度
7.3.1 粒度的組合和調(diào)度
7.3.2 靜態(tài)多處理機(jī)調(diào)度
7.4 多處理機(jī)性能模型
7.4.1 基本模型
7.4.2 N臺(tái)處理機(jī)系統(tǒng)的基本模型
7.4.3 隨機(jī)模型
7.4.4 通信開銷為線性函數(shù)的模型
7.4.5 一個(gè)完全重疊通信的理想模型
7.4.6 一個(gè)具有多條通信鏈的模型
7.5 并行機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
7.5.1 并行向量處理機(jī)
7.5.2 對(duì)稱多處理機(jī)
7.5.3 大規(guī)模并行處理機(jī)
7.5.4 分布共享存儲(chǔ)器多處理機(jī)
7.5.5 機(jī)群
習(xí)題7
第8章 并行算法
8.1 并行算法的基礎(chǔ)知識(shí)
8.1.1 并行算法的定義和分類
8.1.2 進(jìn)程中的同構(gòu)性
8.1.3 并行算法的表達(dá)
8.1.4 并行算法中的同步與通信
8.2 同步技術(shù)
8.2.1 原子性
8.2.2 控制同步
8.2.3 數(shù)據(jù)同步
8.2.4 高級(jí)同步結(jié)構(gòu)
8.2.5 低級(jí)同步原語
8.3 程序并行性的分析
8.3.1 數(shù)據(jù)相關(guān)
8.3.2 控制相關(guān)
8.4 并行編程概述
8.4.1 并行編程概況
8.4.2 并行編程方法
8.4.3 并行算法范例
8.5 并行編程模型
8.5.1 蘊(yùn)式并行性
8.5.2 顯式并行模型
習(xí)題8
第9章 數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
9.1 程序流機(jī)制
9.1.1 控制流和數(shù)據(jù)流
9.1.2 數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的基本原理
9.1.3 需求驅(qū)動(dòng)方式
9.1.4 歸約機(jī)模型
9.2 計(jì)算模型分類
9.2.1 控制驅(qū)動(dòng)、共享存儲(chǔ)器模型
9.2.2 并行控制驅(qū)動(dòng)、共享存儲(chǔ)器模型
9.2.3 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型
9.2.4 需求驅(qū)動(dòng)模型
9.3 數(shù)據(jù)流程序圖和數(shù)據(jù)流語言
9.3.1 數(shù)據(jù)流程序圖
9.3.2 數(shù)據(jù)流語言
9.4 數(shù)據(jù)流機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
9.4.1 靜態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)
9.4.2 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)
習(xí)題9
附錄一 各章習(xí)題參考答案
習(xí)題1 參考答案
習(xí)題2 參考答案
習(xí)題3 參考答案
習(xí)題4 參考答案
習(xí)題5 參考答案
習(xí)題6 參考答案
習(xí)題7 參考答案
習(xí)題8 參考答案
習(xí)題9 參考答案
附錄二 專業(yè)術(shù)語中英文對(duì)照表
參考文獻(xiàn)