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1.1　计算机系统的组成1

2.2-1　运算器与运算方法1

1.1-1　由软件和硬件组成1

目录1

第一章　计算机系统结构的基本概念§1　计算机系统与计算机系统结构1

前言1

1.1-2　计算机系统的多级层次结构2

1.2　计算机系统结构的定义6

1.2-1　从程序设计者看6

1.2-2　从计算机设计者看8

1.2-3　要结合起来全面看8

1.2-4　器件、硬件、软件功能分配的演变11

1.3　计算机的分型与结构的关系12

1.3-1　按什么分型13

1.3-2　系统结构与分型15

§2　计算机系统结构发展的回顾16

2.1　Von Neumann型机器的结构特点16

2.2　计算机系统结构的某些进展17

2.2-2　通道与I/O处理机17

2.2-3　微程序20

§3　软件与应用对系统结构的影响22

3.1　程序的可移植性要求对结构的影响23

3.1-1　采用统一的高级语言23

3.1-2　系列机概念24

3.1-3　模拟与仿真30

3.2　应用对系统结构的影响33

3.2-1　多功能通用机概念34

3.2-2　吸收专用机系统结构的成果35

§4　器件的发展对系统结构的影响37

4.1　器件发展的简要回顾37

4.1-1　器件性能价格比的指数上升37

4.1-2　非用户片、现场片与用户片38

4.2　器件的发展对逻辑设计方法的影响41

4.3　器件的发展是推动系统结构前进的重要因素42

1.1-1　数据结构与数据表示46

1.1　设计系统结构首先要确定数据表示46

主要参考文献46

§1　数据表示46

第二章　指令与编址46

1.1-2　数据表示的确定50

1.2　浮点数基值的选择和下溢处理52

1.2-1　浮点数基值的选择52

1.2-2　浮点数的下溢处理57

1.3 自定义数据表示与向量数据表示59

1.3-1 自定义数据表示59

1.3-2　向量数据表示64

§2　地址形成66

2.1　逻辑地址空间与物理地址空间66

2.2　有效地址形成举例70

§3　指令系统72

3.1　指令格式的优化72

3.1-1　Huffman压缩概念73

3.1-2　操作码与指令字的优化表示75

3.2-1　IBM 370指令系统简介81

3.2　指令系统的分析81

3.2-2　指令系统的改进途径85

3.2-3　指令系统的发展95

§4　堆栈机器的结构特点102

4.1　堆栈数据结构及其实现102

4.2　算术表达式的求解104

4.2-1　逆波兰表示式104

4.2-2　堆栈机器的运算型指令和栈顶寄存器105

4.3　程序的调用与链接108

4.3-1　堆栈结构是实现程序调用的有效工具108

4.3-2　程序调用指令和返回指令110

4.4　堆栈型机器与通用寄存器机器的简单比较112

主要参考文献116

第三章　控制方式116

§1　重迭方式116

1.1　顺序解释方式116

1.2　重迭解释方式117

1.3　DJS-240机的相关处理119

1.3-1　指令相关的处理119

1.3-2　主存空间数相关的处理119

1.3-3　通用寄存器组的相关处理120

§2　流水方式123

2.1　基本概念123

2.1-1　从重迭到流水123

2.1-2　流水结构的分类124

2.2　主要性能及其分析128

2.2-1　吞吐率128

2.2-2　效率129

2.2-3　实例分析131

2.3　相关处理和控制机构133

2.3-1　局部性相关的处理133

2.3-2　全局性相关的处理136

2.3-3　流水机器的中断处理139

2.4　向量的流水处理140

3.1　引言144

§3　分布处理方式简述144

3.2　智能终端简介146

3.3　局部式分布处理系统结构简介148

主要参考文献152

第四章　输入输出系统152

§1　输入输出系统的发展过程152

§2　总线结构156

2.1-1　专用总线157

2.1　总线的类型157

2.1-2　非专用总线158

2.2　总线的控制方式160

2.2-1　集中式总线控制160

2.2-2　分布式总线控制162

2.3　总线的通讯技术164

2.3-1　同步通讯164

2.3-2　异步通讯164

2.4-1　数据宽度166

2.4　数据宽度与总线线数166

2.4-2　总线的线数167

§3　中断系统168

3.1　基本概念168

3.2　中断的分类和分级170

3.3　中断系统的软硬功能分配174

§4　通道176

4.1　基本概念176

4.1-1　通道的分类176

4.1-2　通道流量的分析180

4.1-3　通道系统的功能183

4.1-4　接口总线184

4.2　通道结构及其操作过程186

4.2-1　输入输出指令186

4.2-2　通道指令和通道程序189

4.2-3　输入输出中断191

4.2-5　通道的工作过程举例192

4.2-4　通道状态字192

§5　外围处理机197

5.1　基本概念197

5.2 CDC-CYBER170外围处理机I/O199

系统199

5.2-1　概述199

5.2-2　指令系统199

5.2-3 CYBER 170外围处理机的特200

点200

5.3　通道结构I/O系统与外围处理机结构I/O系统的简单比较203

主要参考文献206

第五章　存贮体系206

§1　引言206

1.1　存贮技术：容量、速度与价格的矛盾206

1.1-1　存贮器的基本要求206

1.1-2　主存和辅存207

1.1-3　价格问题210

1.1-4　主存容量、速度与CPU速度的关系212

1.2-1　存贮体系的形成与发展214

1.2　存贮体系原理214

1.2-2　存贮体系的基本要求和性能评价218

1.3　并行主存系统221

1.3-1　并行访问多字221

1.3-2　m体并行交叉存取222

1.3-3　模m的大小与转移概率λ及吞吐量的关系224

1.3-4　多端存贮器227

1.4　相联存贮器227

§2　程序的局部性与定位229

2.1　程序的局部性和工作区229

2.2　程序的定位231

2.3　分段与分页232

2.3-1　段式233

2.3-2　页式235

2.3-3　段式和页式的比较236

2.3-4　段页式237

§3　地址的映象与变换239

3.1　全相联映象及其变换240

3.2　直接映象及其变换242

3.3　组相联映象及其变换243

3.4　段相联映象246

3.5　对标志表的分析246

3.6　散列（Hashing）概念在地址变换中的应用247

§4　替换算法及其实现249

4.1　替换算法的分析249

4.1-1　几种替换算法249

4.1-2　堆栈型替换算法的特点252

4.2　替换算法的实现254

4.2-1　使用位法254

4.2-2　堆栈法256

4.2-3　比较对法257

§5　虚拟存贮器259

5.1　虚拟存贮器原理259

5.1-1　虚地址到辅存实地址的变换259

5.1-2　多用户虚拟存贮器260

5.1-3　虚拟存贮器工作的全过程262

5.1-4　快表与慢表264

5.2　影响虚拟存贮器某些指标的因素268

5.2-1　主存空间利用率269

5.2-2　主存的命中率270

§6　Cache存贮器272

6.1　基本结构272

6.2　影响“Cache-主存”层次性能的因素275

§7　主存保护与主存控制部件278

7.1　主存保护278

7.2　主存控制部件281

主要参考文献283

第六章　可靠性技术283

§1　基本概念283

1.1　故障的类别及产生的原因283

1.2　冗余技术285

2.1　故障定位测试法289

§2　故障诊断289

2.1-1　D算法291

2.1-2　布尔差分法294

2.2　微诊断法295

§3　误差校正码297

3.1　线性分组码298

3.1-1　线性分组码及其生成矩阵298

3.1-2　距离、重量和纠错能力299

3.1-3　一致校验矩阵与伴随式301

3.1-4　海明码与推广海明码303

3.1　循环冗余码在磁带机中的应用305

§4　可靠性模型和分析309

4.1　可靠性模型309

4.2　可靠性分析的例子311

4.3　冗余结构的可靠性分析314

4.3-1　备件替换冗余系统314

4.3-2　N模冗余系统315

4.3-3　混合冗余结构316

§5　容错技术应用举例318

主要参考文献322

第七章　多机系统322

§1　计算机系统结构中并行性的发展和多机系统类型322

1.1　计算机系统结构中并行性概念的发展322

1.1-1　并行性的广义理解322

1.1-2　计算机系统结构向并行处理系统发展的途径和趋势323

1.2　多机系统的特性325

1.2-1　多机系统的耦合度325

1.2-2　多处理机的特性和优点326

1.3　多机系统的分类327

1.3-1　按并行性等级分类327

1.3-2　与其它分类法的比较329

§2　并行处理机330

2.1　并行处理机的特点与组成330

2.1-1　并行处理机的工作原理和组成330

2.1-2　并行处理机的专用性特点331

2.2-1　ILLIACⅣ的结构原理332

2.2　阵列处理机的结构332

2.2-2　处理单元333

2.2-3　控制部件334

2.2-4　阵列存贮器335

2.3　阵列处理机的算法举例335

2.3-1　有限差分问题336

2.3-2　矩阵问题336

2.3-3　累加和338

2.4　并行处理机的近期发展339

2.4-2　MPP位平面阵列处理机340

2.4-3　BSP科学处理机342

2.5　SIMD计算机的互连网络345

2.5-1　互连网络问题的重要性345

2.5-2　单级互连网络345

2.5-3　循环互连网络和多级互连网络348

2.4-1　阵列处理机的评价349

§3　多处理机352

3.2　多处理机硬件系统结构353

3.1　多处理机与并行处理机的区别353

3.2-1 总线结构354

3.2-2　交叉开关结构356

3.2-3　多端口存贮器结构357

3.2-4　开关枢纽结构357

3.3　程序并行性359

3.3-1　算术表达式的并行运算359

3.3-2　递归程序的并行性361

3.3-3　程序并行性的分析364

3.4-1　并行任务的派生与汇合366

3.4　并行进程的控制和调度366

3.4-2　同步与互斥369

3.4-3　资源分配和进程调度371

主要考参文献377

第八章　描述与评价377

§1　硬件描述语言377

1.1　什么是硬件描述语言377

1.2-1　CDL描述符379

1.2　计算机设计语言CDL379

1.2-2　用CDL描述一台计算机383

1.2-3　用CDL描述一台微程序计388

算机388

1.2-4　CDL语言在设计数字系统392

中的应用392

1.2-5　模拟测试394

1.3　交互式计算机图形语言399

§2　性能评价407

2.1　前言407

2.2　评价计算机系统的步骤410

2.3　计算机系统的性能指标411

2.4　评价研究的分类414

2.5　评价技术简述415

2.6　对系统结构的评价416

2.6-1　评分法416

2.6-2　典型程序法422