簡介
現代計算機體系結構教程全書由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、存儲系統的概念和性能、匯流排的作用和特性、互連網路、SIMD計算機、多處理機與多計算機系統。全書用了幾章的篇幅深入地探討了各基礎部件中採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、伺服器等高性能?撲慊?低炒螄鋁死礪芻? 4送猓?臼楦髡戮?漵蟹岣壞南疤夤┒琳吡廢埃??趟?е?丁?
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、內容取捨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，既便於教師課堂講授，又便於自學者閱讀。通過閱讀本書，可對現代計算機體系結構有全面的了解，並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、職業學校計算機科學與技術專業，或非計算機專業的本、專科學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。
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 微處理機的發展 2
1.1.2 微型計算機硬體結構的演化 3
1.1.3 微型計算機軟體的演化 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 指令的單發射與多發射 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 靜態與動態轉移預測 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 暫存器-暫存器結構 93
3.3 向量處理機與向量協處理機 93
3.3.1 向量處理機 94
3.3.2 向量協處理機 96
3.4 向量處理機性能分析 100
習題3 105
第4章 存儲系統 107
4.1 存儲系統的基本概念 107
4.1.1 存儲系統的性能指標 107
4.1.2 層次式存儲系統 109
4.1.3存儲器頻寬及其對系統性能的影響 110
4.2 並行存儲器 113
4.2.1 並行訪問存儲器 113
4.2.2 交叉訪問存儲器 114
4.2.3 無衝突訪問存儲器 116
4.3 高速緩衝存儲器（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處理機中的雙獨立匯流排體系結構 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 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 匯流排 153
5.1 概述 153
5.1.1 匯流排在計算機中的地位 153
5.1.2 匯流排的基本特性 155
5.1.3 同步匯流排與異步匯流排 158
5.2 匯流排仲裁 159
5.2.1匯流排競爭及其仲裁 159
5.2.2 其他仲裁方式 160
5.3 PCI匯流排及其在現代計算機體系結構中地位 166
5.3.1 PCI匯流排的主要特性 166
5.3.2 PCI匯流排中的仲裁 168
5.3.3 採用PCI匯流排的伺服器結構 169
5.4 新一代匯流排——InfiniBand 171
5.4.1 PCI匯流排的局限性 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 互連網路 177
6.1 互連網路的基本概念 177
6.1.1 互連網路在計算機系統中的地位 177
6.1.2 互連網路的主要特性和性能參數 178
6.1.3 互連網路的種類 180
6.1.4互連函式188
6.2 多級互連網路 193
6.2.1 幾種阻塞互連網路 194
6.2.2 可重排非阻塞網路——Benes二進制置換網路 200
6.2.3 非阻塞網路——多級CLOS網路202
6.3 訊息傳遞機制 202
6.3.1 訊息的尋徑 203
6.3.2 死鎖及其規避 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
7.1.1sisd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在數值計算中的套用 232
7.3.1 SIMD與連續模型計算 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 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 多處理機系統的特點 243
8.2 多處理機系統中的Cache一致性問題 244
8.2.1 產生一致性問題的原因 244
8.2.2 監聽協定 246
8.2.3 基於目錄的協定 250
8.3 基於集中共享存儲器的多處理機系統 254
8.3.1 適合多處理機系統使用的微處理機 254
8.3.2 SGI Challenge多處理機系統 257
8.3.3 SUN Enterprise多處理機系統 258
8.4 基於分散式共享存儲器的多處理機系統 259
8.4.1 CM-5計算機 259
8.4.2 SGI Origin2000系列伺服器 263
8.5 機群系統 268
8.5.1 機群系統的結構特點 268
8.5.2 機群系統中的通信問題 272
8.5.3 並行程式設計環境 276
8.5.4 機群系統中的負載平衡問題 277
8.6 多處理機系統的性能分析 280
8.6.1 性能指標 280
8.6.2 幾種多處理機系統的性能模型 285
習題8 289
參考文獻 291
