計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)（第二版）

1. 內(nèi)容豐富、重點(diǎn)明顯。強(qiáng)調(diào)基本概念、基本理論和技術(shù)方法的系統(tǒng)完善，弱化體系結(jié)構(gòu)的多樣性。

2. 內(nèi)容實(shí)用。在保證知識(shí)體系完整的前提下，盡量避免與本科段其他課程內(nèi)容重復(fù)，且留有知識(shí)空間以便碩士段開(kāi)設(shè)“高級(jí)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”。

3. 適應(yīng)性強(qiáng)。將理論方法與體系結(jié)構(gòu)模型分開(kāi)，突出前者來(lái)滿足不同學(xué)時(shí)的需要。

4. 邏輯性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)新穎。嚴(yán)格按照知識(shí)體系的前導(dǎo)后繼關(guān)系組織章節(jié)。

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)又稱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在學(xué)科領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的二級(jí)學(xué)科，高等院校在本科階段設(shè)置“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”課程是近十年才普及的。“數(shù)字邏輯”、“計(jì)算機(jī)組成原理”、“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”和“微型計(jì)算機(jī)及其接口技術(shù)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生硬件一條線的必修課程，其中“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”屬于專業(yè)課。“高級(jí)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)一級(jí)學(xué)科和二級(jí)學(xué)科——計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的碩士研究生的基礎(chǔ)課程。

1．人們對(duì)“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”課程在概念認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)

在概念認(rèn)識(shí)上，人們對(duì)“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”課程存在許多誤區(qū)。

首先，認(rèn)為沒(méi)有必要單獨(dú)開(kāi)設(shè)“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”課程，導(dǎo)致許多地方高等院校的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科階段還沒(méi)有開(kāi)設(shè)該課程。①?gòu)挠?jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)看，包含結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)和物理實(shí)現(xiàn)三個(gè)層次，這如同軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣，包含概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和編程實(shí)現(xiàn)。硬件系統(tǒng)三個(gè)層次的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖然在內(nèi)容上界限模糊，但學(xué)習(xí)時(shí)分別對(duì)應(yīng)“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”、“計(jì)算機(jī)組成原理”和“微型計(jì)算機(jī)及其接口技術(shù)”三門(mén)課程，不僅極具科學(xué)性，還可使學(xué)生深刻理解它們的區(qū)別和對(duì)應(yīng)的方法技術(shù)。②從“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”技術(shù)知識(shí)來(lái)看，教學(xué)內(nèi)容覆蓋了“計(jì)算機(jī)組成原理”、“編譯技術(shù)”、“操作系統(tǒng)”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“數(shù)字邏輯”、“微型計(jì)算機(jī)及其接口技術(shù)”等重要課程，是唯一一門(mén)把軟硬件技術(shù)知識(shí)融合在一起的課程。有了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)，程序員就能理解程序設(shè)計(jì)中不同選擇和取舍對(duì)程序效率的影響，迅速地查明故障來(lái)源，改善編程過(guò)程。使學(xué)生不僅知其然，還知其所以然。

其次，認(rèn)為“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”與“計(jì)算機(jī)組成原理”兩門(mén)課程的知識(shí)重復(fù)度高，其實(shí)不然，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程在知識(shí)層次上高于計(jì)算機(jī)組成原理，兩門(mén)課程的本質(zhì)核心截然不同。①?gòu)母拍罱Y(jié)構(gòu)來(lái)看，“計(jì)算機(jī)組成原理”僅介紹最原始最簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模型，為各功能部件的講述做一個(gè)鋪墊；“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”則是以最簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，以提高計(jì)算機(jī)性能為目的，提出改進(jìn)的技術(shù)方法，為各種現(xiàn)代并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的講述做一個(gè)鋪墊，比如指令多處理機(jī)、陣列處理機(jī)、向量處理機(jī)和多處理機(jī)系統(tǒng)等。②從課程內(nèi)容組織來(lái)看，“計(jì)算機(jī)組成原理”是按功能部件展開(kāi)的，講述部件的功能作用和采用原始簡(jiǎn)單的技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)其功能的工作原理與邏輯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”則是按信息處理展開(kāi)的，講述軟硬界面劃分的權(quán)衡策略與優(yōu)化方法、分析設(shè)計(jì)技術(shù)及其對(duì)計(jì)算機(jī)性能提高的作用與支持其實(shí)現(xiàn)的概念性結(jié)構(gòu)。③從同一技術(shù)知識(shí)來(lái)看，“計(jì)算機(jī)組成原理”、“微型計(jì)算機(jī)及其接口技術(shù)”和“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”在內(nèi)容上有一定相似，但“計(jì)算機(jī)組成原理”講述的是普遍性，“微型計(jì)算機(jī)及其接口技術(shù)”講述的是特殊性，“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”講述的是將普遍性轉(zhuǎn)化到特殊性的思維方法，比如計(jì)算機(jī)中用到的尋址方式很多，微型計(jì)算機(jī)要選用哪些、如何選擇則是由計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的技術(shù)知識(shí)來(lái)解決。

再次，認(rèn)為“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”是碩士研究生的基礎(chǔ)課程，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科階段的知識(shí)體系“軟化”和“應(yīng)用化”。①本科計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的“數(shù)字邏輯”、“計(jì)算機(jī)組成原理”、“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”硬件一條線課程與“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“操作系統(tǒng)”、“編譯技術(shù)”軟件一條線課程依次相對(duì)應(yīng)，“編譯技術(shù)”是本科課程，“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”也應(yīng)設(shè)置。其根本原因在于“重軟輕硬”，事實(shí)上，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)在經(jīng)過(guò)先硬后軟的發(fā)展過(guò)程之后，已進(jìn)入了軟硬件協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)階段，即計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展階段。②計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)方面不如軟件工程專業(yè)，在硬件開(kāi)發(fā)方面不如電子技術(shù)專業(yè)，唯有在系統(tǒng)軟件和嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。而系統(tǒng)軟件和嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需要計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的技術(shù)知識(shí)來(lái)支撐。③經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，技術(shù)知識(shí)體系已很龐大，需要分兩個(gè)階段學(xué)習(xí)，區(qū)分兩個(gè)階段的教學(xué)內(nèi)容是關(guān)鍵。本科階段以并行處理技術(shù)為主線，講述計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)基本概念、通用技術(shù)方法（如加工（流水線）技術(shù)、存儲(chǔ)組織技術(shù)、信息交換（互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)）和單處理機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。碩士研究生階段以體系結(jié)構(gòu)為主線，講述并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)基本概念、體系結(jié)構(gòu)（如陣列處理機(jī)、向量處理機(jī)、多處理機(jī)、非程序控制計(jì)算機(jī)）及其相應(yīng)的專用技術(shù)。

2．“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”課程的特點(diǎn)

“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”作為本科計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)跨越軟硬件技術(shù)知識(shí)體系的高年級(jí)課程，具有以下特點(diǎn)：

（1）綜合性強(qiáng)，知識(shí)面廣。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所涉及的知識(shí)幾乎與所有計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)和相關(guān)的前繼課程的知識(shí)有關(guān)，需要對(duì)各課程知識(shí)融會(huì)貫通，才能理解其中的基本概念和理論方法。比如講流水線技術(shù)，一定要以“計(jì)算機(jī)組成原理”中的指令執(zhí)行過(guò)程和“微型計(jì)算機(jī)及其接口技術(shù)”中的8086處理機(jī)由EU和BIU兩個(gè)功能部件并行操作作為切入點(diǎn)，在提出一二次重疊的概念基礎(chǔ)上，才能使學(xué)生透徹理解流水線技術(shù)的基本概念、理論方法，以及應(yīng)用對(duì)計(jì)算機(jī)并行性提高是基于時(shí)間并行的原理。

（2）理論性強(qiáng)，抽象繁雜。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所涉及的名詞不僅多，而且一般都是抽象的概念，沒(méi)有對(duì)應(yīng)的實(shí)體。理論方法一般是應(yīng)用到大中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上，學(xué)生接觸不到相應(yīng)的機(jī)器。實(shí)驗(yàn)環(huán)境缺乏，實(shí)踐教學(xué)基本空白，學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)改進(jìn)的理論方法難以獲得直觀認(rèn)識(shí)。

（3）教學(xué)內(nèi)容變化快。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)已進(jìn)入了快速發(fā)展階段，原有的理論方法不斷深入，比如哪些多級(jí)交叉開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)是常用的等，新的理論方法不斷提出，比如模式匹配驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)模型等。

3．合理定位教學(xué)內(nèi)容，使教材具有自身的特點(diǎn)

在課程內(nèi)容的選擇上，按照學(xué)科知識(shí)體系的完整性、適時(shí)性和針對(duì)性原則來(lái)組織。在保證課程內(nèi)容既沒(méi)有知識(shí)的簡(jiǎn)單重復(fù)、又沒(méi)有重要知識(shí)缺失的前提下，適當(dāng)補(bǔ)充新知識(shí)。尤其是對(duì)于地方性高等院校，應(yīng)強(qiáng)調(diào)概念方法，減少量化分析；應(yīng)強(qiáng)調(diào)成熟廣泛應(yīng)用理論方法的深入完善，減少新概念、新方法的出現(xiàn)；應(yīng)強(qiáng)調(diào)與微型計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的結(jié)合，適當(dāng)介紹大中型計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。本書(shū)作者長(zhǎng)期從事“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”本科生與碩士研究生課程的教學(xué)，查閱和綜合分析了相關(guān)資料，吸收國(guó)內(nèi)同類教材編寫(xiě)思路，結(jié)合地方高等院校的實(shí)際，在2005年于中國(guó)水利水電出版社出版的《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》的基礎(chǔ)上，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行大刀闊斧的改進(jìn)并重組，構(gòu)建了課程內(nèi)容，編寫(xiě)了本書(shū)。

本書(shū)以程序控制計(jì)算機(jī)的并行處理為主線，突出并行處理技術(shù)是改善計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。在系統(tǒng)介紹計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念、整機(jī)體系結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)的理論方法、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向架構(gòu)基礎(chǔ)上，從實(shí)現(xiàn)并行性的技術(shù)途徑——時(shí)間重疊、資源重復(fù)和資源共享出發(fā)，詳細(xì)講述流水線技術(shù)（加工技術(shù)）、存儲(chǔ)組織技術(shù)（存儲(chǔ)技術(shù)）、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（傳輸技術(shù)）、計(jì)算機(jī)屬性優(yōu)化選擇技術(shù)等的基本概念和理論方法、實(shí)現(xiàn)的邏輯結(jié)構(gòu)要求、提高計(jì)算機(jī)性能的評(píng)測(cè)，簡(jiǎn)述指令級(jí)高度并行處理機(jī)、數(shù)據(jù)操作級(jí)并行處理機(jī)、多處理機(jī)等實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)模型和性能特點(diǎn)。

本書(shū)的主要特點(diǎn)是：①內(nèi)容章節(jié)安排思路新，將計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)的理論方法與并行處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)模型分開(kāi)，突出前者來(lái)滿足不同學(xué)時(shí)的需要；②強(qiáng)調(diào)基本概念、基本理論和技術(shù)方法的系統(tǒng)完善，削弱體系結(jié)構(gòu)的多樣性；③注重基本概念的一般解釋，而不是典型狹義解釋；④在保證知識(shí)體系完整的前提下，盡量避免與其他課程內(nèi)容的重復(fù)。

本書(shū)由劉超任主編，胡全連、吳克捷、鄭燚任副主編，參加編寫(xiě)的還有楊印根、周琪云、周新、周一凡、葛瑋、羅文兵、樂(lè)兵、何春旺等。在編寫(xiě)與出版過(guò)程中得到了江西師范大學(xué)甘登文教授等和中國(guó)水利水電出版社朱敦名教授的關(guān)心與幫助，在此表示感謝。

由于作者水平有限，書(shū)中疏漏甚至錯(cuò)誤之處在所難免，敬請(qǐng)各位專家、讀者批評(píng)指正。

編 者

2010年9月

第二版前言
第一版前言

第1章 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)導(dǎo)論 1
1.1 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念 1
1.1.1 提高計(jì)算機(jī)性能的硬件因素 1
1.1.2 廣義的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言與虛擬計(jì)算機(jī) 2
1.1.3 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及其范疇 3
1.1.4 計(jì)算機(jī)組成與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) 4
1.1.5 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的特性 6
1.2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的演變 10
1.2.1 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本模型 10
1.2.2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)存在的主要問(wèn)題
及其改進(jìn) 12
1.2.3 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的演變過(guò)程 14
1.3 影響計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的因素 16
1.3.1 影響計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本因素 16
1.3.2 編譯技術(shù)與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)系 20
1.3.3 算法與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)系 23
1.3.4 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的分類 23
1.4 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中的并行性及其發(fā)展 27
1.4.1 并行性與并行處理 27
1.4.2 并行性等級(jí)的劃分 28
1.4.3 提高計(jì)算機(jī)并行性的技術(shù)途徑 29
1.4.4 多機(jī)系統(tǒng)及其耦合度 29
1.4.5 多處理機(jī)系統(tǒng) 30
1.4.6 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)并行處理的歷程 31
1.5 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ) 34
1.5.1 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則 34
1.5.2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法 35
1.5.3 軟件可移植性及其實(shí)現(xiàn)的方法 36
1.5.4 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的定量原理 38
1.5.5 CPU性能分析 39
1.6 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的評(píng)價(jià) 41
1.6.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)評(píng)價(jià)的概念 41
1.6.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能 41
1.6.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的成本與價(jià)格 42
1.6.4 程序執(zhí)行時(shí)間的測(cè)定 43
習(xí)題一 45
第2章 流水線技術(shù) 49
2.1 流水線的基本概念 49
2.1.1 多條指令的執(zhí)行方式 49
2.1.2 什么是流水線 50
2.1.3 流水線的表示方法 51
2.1.4 流水線的分類 52
2.1.5 流水線的特點(diǎn) 55
2.2 處理機(jī)實(shí)現(xiàn)流水線的基本結(jié)構(gòu) 56
2.2.1 重疊執(zhí)行方式的基本結(jié)構(gòu) 56
2.2.2 先行控制方式的基本結(jié)構(gòu) 57
2.2.3 先行控制指令流水線的基本結(jié)構(gòu) 60
2.2.4 運(yùn)算操作流水線和宏流水線的
基本結(jié)構(gòu) 61
2.2.5 流水線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題 61
2.3 線性流水線的性能及其分析 62
2.3.1 吞吐率（Through Put rate，TP） 62
2.3.2 加速比（Speedup ratio，S） 64
2.3.3 效率（Efficiency，E） 64
2.3.4 吞吐率、加速比和效率之間的關(guān)系 65
2.3.5 流水線“瓶頸”問(wèn)題的解決方法 65
2.3.6 流水線最佳段數(shù)的選擇 67
2.4 流水線中的相關(guān)及其處理 70
2.4.1 流水線中相關(guān)的基本概念 70
2.4.2 資源相關(guān) 71
2.4.3 操作數(shù)相關(guān) 73
2.4.4 指令相關(guān) 76
2.4.5 變址相關(guān) 76
2.4.6 條件轉(zhuǎn)移相關(guān)及其對(duì)流水線效率的
影響 77
2.4.7 條件轉(zhuǎn)移相關(guān)的處理技術(shù) 79
2.4.8 無(wú)條件轉(zhuǎn)移相關(guān) 85
2.4.9 中斷轉(zhuǎn)移相關(guān) 85
2.5 非線性流水線的調(diào)度 86
2.5.1 問(wèn)題的提出 86
2.5.2 非線性流水線調(diào)度的相關(guān)術(shù)語(yǔ)
及其計(jì)算方法 88
2.5.3 最小啟動(dòng)循環(huán)調(diào)度策略的求解
及其實(shí)現(xiàn) 89
2.5.4 非線性流水線的優(yōu)化調(diào)度方法 91
2.5.5 多功能非線性流水線的調(diào)度 93
習(xí)題二 95
第3章 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 101
3.1 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基本概念 101
3.1.1 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及其組成與特征 101
3.1.2 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的描述工具 103
3.1.3 常用的基本互連函數(shù) 104
3.1.4 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性和傳輸性能參數(shù) 108
3.1.5 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的分類 110
3.2 靜態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 112
3.2.1 靜態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及類型 112
3.2.2 靜態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu) 112
3.2.3 靜態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)特性的比較 116
3.3 動(dòng)態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 116
3.3.1 動(dòng)態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及其互連形式 116
3.3.2 總線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 116
3.3.3 交叉開(kāi)關(guān)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 117
3.3.4 多級(jí)交叉開(kāi)關(guān)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 118
3.3.5 動(dòng)態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)特性的比較 120
3.4 常用的多級(jí)交叉開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 121
3.4.1 多級(jí)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)（Omega網(wǎng)絡(luò)） 121
3.4.2 STARAN多級(jí)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò) 123
3.4.3 間接二進(jìn)制n方體多級(jí)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò) 127
3.4.4 多級(jí)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò) 128
3.4.5 DM多級(jí)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò) 129
3.4.6 基準(zhǔn)多級(jí)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò) 130
3.4.7 可重排3級(jí)Clos網(wǎng)絡(luò) 131
3.4.8 Benes二進(jìn)制置換網(wǎng)絡(luò) 132
3.5 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的消息傳遞 135
3.5.1 消息傳遞的格式與方式 135
3.5.2 路由選擇及其方法 138
3.5.3 算術(shù)選路算法 140
3.5.4 虛擬通道 141
3.5.5 死鎖 142
3.5.6 流量控制策略 147
3.5.7 選播和廣播尋徑 150
習(xí)題三 152
第4章 計(jì)算機(jī)屬性優(yōu)選技術(shù) 157
4.1 數(shù)據(jù)表示 157
4.1.1 數(shù)據(jù)表示的基本概念 157
4.1.2 引入數(shù)據(jù)表示的基本原則 159
4.1.3 自定義數(shù)據(jù)表示 159
4.1.4 向量與堆棧數(shù)據(jù)表示 163
4.1.5 浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)基值及其格式設(shè)計(jì) 165
4.1.6 原子類型操作數(shù)的大小 168
4.2 尋址技術(shù)與存儲(chǔ)保護(hù) 169
4.2.1 編址方式 169
4.2.2 尋址方式 171
4.2.3 程序裝入與定位 172
4.2.4 存儲(chǔ)保護(hù) 174
4.3 指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì) 176
4.3.1 指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ) 176
4.3.2 指令系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類 178
4.3.3 指令字的編碼格式 179
4.3.4 指令格式中的地址碼 181
4.3.5 指令格式中的操作碼編碼 183
4.3.6 指令系統(tǒng)中的控制指令 187
4.4 指令系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) 191
4.4.1 指令系統(tǒng)功能的發(fā)展與改進(jìn) 191
4.4.2 復(fù)雜指令系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) 193
4.4.3 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) 195
4.4.4 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī) 196
4.5 輸入輸出系統(tǒng)與總線 200
4.5.1 輸入輸出系統(tǒng)的概述 200
4.5.2 輸入輸出系統(tǒng)控制方式 202
4.5.3 輸入輸出系統(tǒng)組織方式 204
4.5.4 中斷系統(tǒng)的軟硬件功能分配 204
4.5.5 總線 210
習(xí)題四 217
第5章 并行存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)系統(tǒng)的組織 224
5.1 并行存儲(chǔ)器與相聯(lián)存儲(chǔ)器 224
5.1.1 并行存儲(chǔ)器及其實(shí)現(xiàn)途徑 224
5.1.2 單體多字存儲(chǔ)器 224
5.1.3 多體多字交叉編址存儲(chǔ)器 226
5.1.4 多體多字存儲(chǔ)器的無(wú)訪問(wèn)沖突 229
5.1.5 相聯(lián)存儲(chǔ)器 230
5.2 存儲(chǔ)系統(tǒng)的組織原理 233
5.2.1 存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本概念 233
5.2.2 存儲(chǔ)系統(tǒng)組織的基本思想 234
5.2.3 存儲(chǔ)的基本層次和三級(jí)
存儲(chǔ)系統(tǒng) 236
5.2.4 三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)的組織方式 238
5.2.5 存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能指標(biāo) 239
5.3 Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)的組織基礎(chǔ) 241
5.3.1 Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)的工作原理 241
5.3.2 幾種地址映像和地址變換
的方法 242
5.3.3 替換算法及其實(shí)現(xiàn) 251
5.3.4 Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)的一致性維護(hù) 255
5.3.5 Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能指標(biāo) 257
5.4 提高Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)性能的方法 261
5.4.1 不命中的類型 262
5.4.2 降低Cache不命中率的方法 262
5.4.3 減少Cache不命中開(kāi)銷的方法 268
5.4.4 減少Cache命中時(shí)間的方法 272
5.4.5 Cache優(yōu)化技術(shù)的比較 275
習(xí)題五 276
第6章 指令級(jí)高度并行處理機(jī)的組織 284
6.1 指令級(jí)高度并行處理機(jī)的基本概念 284
6.1.1 標(biāo)量指令與標(biāo)量處理機(jī) 284
6.1.2 指令級(jí)并行的實(shí)現(xiàn)方法
及其衡量指標(biāo) 284
6.1.3 指令發(fā)射及其類型 285
6.1.4 指令調(diào)度及其基本方法 286
6.1.5 靜態(tài)指令調(diào)度——軟件方法 286
6.2 硬件動(dòng)態(tài)指令調(diào)度——硬件方法 289
6.2.1 動(dòng)態(tài)指令調(diào)度的基本思想 289
6.2.2 記分牌指令調(diào)度方法 290
6.2.3 Tomasulo指令調(diào)度方法 296
6.3 基于硬件技術(shù)的多發(fā)射處理機(jī) 303
6.3.1 超標(biāo)量處理機(jī)
（Superscalar Processor） 303
6.3.2 超流水線處理機(jī)
（Superpipelining Processor） 308
6.3.3 超標(biāo)量超流水線處理機(jī) 311
6.3.4 四種不同類型處理機(jī)的性能比較 314
6.4 基于軟件技術(shù)的多發(fā)射處理機(jī) 315
6.4.1 超長(zhǎng)指令字處理機(jī)及其結(jié)構(gòu)原理 315
6.4.2 超長(zhǎng)指令字處理方式的特征 316
6.4.3 超長(zhǎng)指令字與超標(biāo)量?jī)煞N
處理方式的區(qū)別 317
6.4.4 超長(zhǎng)指令字處理機(jī)實(shí)例——Cydra 5
處理機(jī) 318
習(xí)題六 318
第7章 數(shù)據(jù)操作級(jí)高度并行處理機(jī) 322
7.1 向量處理機(jī) 322
7.1.1 向量處理的基本概念 322
7.1.2 向量處理的基本方式 323
7.1.3 向量處理機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 325
7.1.4 向量處理機(jī)的指令 327
7.1.5 提高向量處理機(jī)性能的常用技術(shù) 329
7.1.6 向量處理機(jī)的性能 334
7.1.7 向量處理機(jī)實(shí)例 335
7.1.8 向量協(xié)處理器 340
7.2 陣列處理機(jī) 344
7.2.1 陣列處理機(jī)操作模型與特點(diǎn) 344
7.2.2 陣列處理機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 345
7.2.3 陣列處理單元的結(jié)構(gòu) 347
7.2.4 陣列處理機(jī)的并行算法 348
7.2.5 陣列處理機(jī)的實(shí)例 351
7.3 脈動(dòng)陣列處理機(jī) 362
7.3.1 脈動(dòng)陣列處理機(jī)的基本原理 362
7.3.2 脈動(dòng)陣列處理機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn) 363
7.3.3 特定算法的脈動(dòng)陣列處理機(jī)結(jié)構(gòu) 364
7.3.4 通用脈動(dòng)陣列處理機(jī)結(jié)構(gòu) 366
習(xí)題七 368
第8章 多處理機(jī) 371
8.1 多處理機(jī)的基本概念 371
8.1.1 多處理機(jī)及其一般模型 371
8.1.2 多處理機(jī)的分類 372
8.1.3 多處理機(jī)的特點(diǎn) 375
8.1.4 多處理機(jī)的操作系統(tǒng) 376
8.2 多處理機(jī)的Cache一致性 377
8.2.1 多處理機(jī)Cache間不一致性的由來(lái) 377
8.2.2 多處理機(jī)Cache不一致的處理方法 378
8.2.3 寫(xiě)無(wú)效總線監(jiān)聽(tīng)協(xié)議法 379
8.2.4 基于目錄協(xié)議法 382
8.3 機(jī)群系統(tǒng) 384
8.3.1 機(jī)群系統(tǒng)及其特點(diǎn) 384
8.3.2 機(jī)群系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu) 386
8.3.3 機(jī)群系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 388
習(xí)題八 391
參考文獻(xiàn) 393