计算机体系结构

　　本书在介绍计算机系统结构的基本概念、原理、结构和分析方法的基础上，着重阐述了计算机系统的并行化技术，旨在帮助学生在建立计算机系统的完整概念，充分掌握计算机系统结构的最新研发思想与技术。本书共分5章。第1章论述计算机系统的概念及其设计原则，通过对冯·诺依曼计算机模型指令集的分类，简要阐述计算机系统发展的脉络及与体系结构发展密不可分的核心领域的现状与发展，最后简单介绍几种先进的微体系结构；第2章论述流水线的基本概念、分类及性能计算方法，并以DLX模型为实例详细描述流水线执行的关键技术，并对流水线中相关和冲突问题进行重点阐述；第3章通过指令级并行概念的介绍，详细阐述实现指令级并行的关键技术和算法；第4章为“存储系统”，重点讲述虚拟存储系统，Cache存储系统及并行主存系统；第5章详细介绍输入输出系统，讲述总线类型、控制及通信方式，并详细阐述中断系统及总线与CPU及存储器的通信原理。本书可作为高等院校计算机专业的高年级本科生或研究生的教材，也可作为从事计算机体系结构或嵌入式系统设计的工程技术人员的参考书。

　　王志英，男，1956年8月生，汉族，山西沁县人，1988年在国防科学技术大学计算机系获博士学位。现任国防科学技术大学计算机学院教授、博士生导师，国家精品课程“计算机体系结构”负责人。1992年成为国家级突出贡献中青年专家并享受政府特殊津贴，全国高等院校优秀骨干教师，人事部百千万跨世纪优秀人才库一二层次人选，中国计算机学会开放系统专委会副主任委员、中国计算机学会教育专业委员会副主任委员、全国计算机教育研究会副理事长、湖南省计算机学会理事长、教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导分委员会副主任、IEEE会员。主要研究方向为计算机系统结构和微处理器设计等。20多年来作为项目负责人参加的各类项目，包括国家自然科学基金、国家973重大基础研究、国家863高技术研究、型号工程和对外合作等共计20多项。已获国家科技进步二等奖1项，国家教学成果一等奖1项，国家教学成果二等奖1项，部委级教学成果一等奖2项，部委级科技进步一等奖2项、二等奖6项、三等奖6项，部委级自然科学三等奖1项，获国家发明专利15项，出版专著和教材8部，其中《计算机体系结构》获2002年全国普通高等学校优秀教材二等奖。 张春元，男，1963年生，汉族，黑龙江巴彦人，1996年在国防科学技术大学计算机系获工学博士学位。现任国防科学技术大学计算机学院教授、博士生导师，国家精品课程“计算机体系结构”主讲人之一。IEEE/ACM会员，享有国务院颁发的政府特殊津贴。现担任中国学位与研究生教育学会信息管理委员会副主任委员、《学位与研究生教育》杂志编辑，长期从事计算机体系结构、计算机应用等专业研究和教学工作。主持国家自然科学基金、国家自然科学基金重点项目、国家863高技术研究项目、国家973安全重大基础研究项目、国家重点型号项目及企业合作等20多项，近5年发表科研论文50余篇，出版学术专著1部，已获授权专利10项。指导博士获全国百篇优秀博士论文提名1人。主讲过10多门本科生和研究生课程，参与撰写教材3本，其中《计算机体系结构》获2002年全国普通高等学校优秀教材二等奖，发表教学研究文章10余篇，主编出版《学位与研究生教育信息管理实践与探索》。获得国家科技进步二等奖1次、军队或省部级科技进步一等奖2次、二等奖2次、三等奖2次，军队教学优秀一等奖1项，湖南省教学成果三等奖1项。

第1章 概述
1．1 计算机系统结构的基本概念
1．1．1 多级层次结构
1．1．2 系统结构、组成和实现之间的关系
1．2 计算机系统结构的设计方法
1．2．1 计算机系统的设计原则
1．2．2 计算机系统的设计思路及步骤
1．3 软件、应用、器件的影响
1．4 计算机系统结构的分类
1．5 基于冯·诺依曼计算机模型的指令集分类
1．5．1 CISC体系结构
1．5．2 RISC体系结构
1．5．3 CISC和RISC混合体系结构
1．5．4 EPIC体系结构
第2章 流水线技术
2．1 流水线的基本概念
2．1．1 什么是流水线
2．1．2 流水线的分类
2．2 流水线的性能指标
2．2．1 吞吐率
2．2．2 加速比
2．2．3 效率
2．3 DLX的基本流水线
2．3．1 DLX指令集结构
2．3．2 基本的DLX流水线
2．3．3 DLX流水线各级的操作
2．3．4 DLX流水线处理机的控制
2．4 流水线的相关与冲突
2．4．1 流水线相关
2．4．2 流水线冲突
第3章 指令级并行
3．1 指令级并行的概念
3．2 循环展开
3．2．1 循环展开的原理
3．2．2 循环展开的特点
3．3 动态指令调度
3．3．1 静态指令调度与动态指令调度
3．3．2 动态指令调度的基本思想
3．3．3 动态指令调度算法：记分牌
3．3．4 动态指令调度算法：Tomasulo算法
3．4 动态分支预测
3．4．1 采用分支预测表
3．4．2 采用分支目标缓冲器
3．4．3 基于硬件的推断执行
3．4．4 先进的分支预测技术
第4章 存储体系
4．1 存储系统的分析
4．2 虚拟存储系统
4．2．1 地址的映像与变换
4．2．2 页面替换算法
4．3 Cache存储系统
4．3．1 地址映像与变换方法
4．3．2 Cache替换算法
4．3．3 Cache！系统的加速比
4．4 并行主存系统
4．4．1 单体多字存储器
4．4．2 多体交叉存储器
第5章 输入输出系统
5．1 输入输出原理
5．2 总线设计
5．2．1 总线的类型
5．2．2 总线的控制方式
5．2．3 总线通信
5．3 中断系统
5．3．1 中断方式
5．3．2 中断的分类与分级
5．3．3 影响中断响应时间的因素
5．3．4 中断屏蔽
5．4 通道工作原理
5．4．1 通道的作用和功能
5．4．2 通道种类
5．4．3 通道的工作过程
5．4．4 通道的流量分析
参考文献