计算机系统结构（第3版）

　　本书系统地论述了计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构和基本方法，强调采用量化的分析方法，使读者能够更具体、实际地分析和理解计算机系统结构。全书共10章：第1章论述计算机系统结构的基本概念以及定量分析基础。第2章论述计算机指令集的设计、RISC技术以及MIPS指令集结构。第3章论述流水线及其性能分析、流水线中的相关和冲突及其解决方法、向量处理机。第4章论述指令级并行性开发。第5章论述Cache的基本知识、降低Cache失效率的方法、减少Cache失效开销的方法以及减少命中时间的方法。第6章论述总线、通道处理机及其流量分析、廉价磁盘冗余阵列RAID。第7章论述互连函数、互连网络的结构参数与性能指标、静态互连网络、动态互连网络以及消息传递机制等。第8章论述对称式共享存储器系统结构、分布式共享存储器系统结构、多Cache一致性、同步以及同时多线程技术。第9章论述机群的结构、软件模型以及分类。第10章论述多核架构、实例以及基于多核的并行程序设计。附录为本课程配套的模拟实验。共给出8个实验，每个实验包括实验目的、实验内容及实验步骤。这些实验都可以在阿里云上的进行，无需另外安装平台。本书可作为高等院校计算机及相关专业的教学用书，也可供相关科技人员参考。

　　张晨曦，同济大学教授，博士生导师。入选***“有突出贡献中青年专家”，国家杰出青年科学基金获得者。曾获上海高等学校教学名师奖和上海市育才奖。先后主持一项国家973计划课题和5项国家自然科学基金项目。负责建设的计算机系统结构课程和计算机组成原理课程被评为上海市精品课程，计算机系统结构课程入选***精品资源共享课。从事计算机系统结构教学和研究30余年，开发出国内第1套用于本课程的动画课件以及国内第1套系统结构模拟器。主编的《计算机系统结构》教材被评为普通高等教育精品教材，编写出版了5本普通高等教育“十一五”***规划教材和3本“十二五”普通高等教育本科***规划教材。撰写专著两部，其中New Generation Computing由荷兰North-Holland出版社出版，另一部获全国优秀科技图书一等奖。

第1章 计算机系统结构的基本概念
1．1 引言
1．2 计算机系统结构的概念
1．2．1 计算机系统的层次结构
1．2．2 计算机系统结构的定义
1．2．3 计算机组成和计算机实现
1．2．4 计算机系统结构的分类
1．3 定量分析技术
1．3．1 计算机系统设计的设计原则和定量原理
1．3．2 计算机系统的性能评测
1．4 计算机系统结构的发展
1．4．1 冯·诺依曼结构
1．4．2 软件对系统结构的影响
1．4．3 器件发展对系统结构的影响
1．4．4 应用对系统结构的影响
I．5 计算机系统结构中并行性的发展
1．5．1 并行性的概念
1．5．2 提高并行性的技术途径
1．5．3 单处理机系统中并行性的发展
1．5．4 多处理机系统中并行性的发展
习题1
第2章 计算机指令集结构
2．1 指令集结构的分类
2．2 寻址方式
2．3 指令集结构的功能设计
2．3．1 CISC指令集结构的功能设计
2．3．2 RISC指令集结构的功能设计
2．3．3 控制指令
2．4 操作数的类型和大小
2．5 指令格式的设计
2．6 MIPS指令集结构
2．6．1 MIPS的寄存器
2．6．2 MIPS的数据表示
2．6．3 MIPS的数据寻址方式
2．6．4 MIPS的指令格式
2．6．5 MIPS的操作
2．6．6 MIPS的控制指令
2．6．7 MIPS的浮点操作
习题2
第3章 流水线技术
3．1 流水线的基本概念
3．1．1 什么是流水线
3．1．2 流水线的分类
3．2 流水线的性能指标
3．2．1 吞吐量
3．2．2 加速比
3．2．3 效率
3．2．4 流水线性能分析举例
3．2．5 流水线设计中的若干问题
3．3 流水线的相关与冲突
3．3．1 一个经典的5段流水线
3．3．2 相关与流水线冲突
3．4 流水线的实现
3．4．1 MIPS的一种简单实现
3．4．2 基本的MIPS流水线
3．5 向量处理机
3．5．1 向量的处理方式
3．5．2 向量处理机的结构
3．5．3 提高向量处理机性能的方法
3．5．4 向量处理机的性能评价
习题3
第4章 指令级并行
4．1 指令级并行的概念
4．2 指令的动态调度
4．2．1 动态调度的基本思想
4．2．2 Tomasulo算法
4．3 动态分支预测技术
4．3．1 采用转移历史表
4．3．2 采用转移目标缓冲器
4．3．3 基于硬件的前瞻执行
4．4 多指令流出技术
4．4．1 基于静态调度的多流出技术
4．4．2 基于动态调度的多流出技术
4．4．3 超长指令字技术
4．4．4 多流出处理机受到的限制
4．4．5 超流水线处理机
4．5 循环展开和指令调度
4．5．1 循环展开和指令调度的基本方法
4．5．2 静态超标量处理机中的循环展开
习题4
第5章 存储系统
5．1 存储系统的层次结构
5．1．1 存储系统的层次结构
5．1．2 存储系统的性能参数
5．1．3 三级存储系统
5．1．4 存储层次的4个问题
5．2 Cache基本知识
5．2．1 基本结构和原理
5．2．2 映像规则
5．2．3 查找方法
5．2．4 Cache的工作过程
5．2．5 替换算法
5．2．6 写策略
5．2．7 Cache性能分析
5．2．8 改进Cache性能
5．3 降低Cache不命中率
5．3．13种类型的不命中
5．3．2 增加Cache块大小
5．3．3 增加Cache容量
5．3．4 提高相联度
5．3．5 伪相联Cache
5．3．6 硬件预取
5．3．7 编译器控制的预取
5．3．8 编译优化
5．3．9 “牺牲”Cache
5．4 减少Cache不命中开销
5．4．1 两级Cache
5．4．2 让读不命中优先于写
5．4．3 写缓冲合并
5．4．4 请求字处理
5．4．5 非阻塞Cache
5．5 减少命中时间
5．5．1 容量小、结构简单的Cache
5．5．2 虚拟Cache
5．5．3 Cache访问流水化
5．5．4 踪迹Cache
5．5．5 Cache优化技术总结
5．6 并行主存系统
5．6．1 单体多字存储器
5．6．2 多体交叉存储器
……
第6章 输入/输出系统
第7章 互连网络
第8章 多处理机
第9章 机群系统
第10章 多核系统结构与编程
附录
参考文献