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《計算機體系結構》

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《計算機體系結構》在介紹原理或演算法時,介紹該技術的開發背景、應用情況以及後續發展,開拓讀者實踐和創新的思維方式。最終向讀者清晰而全面地展現現階段計算機體系結構的原理和本質,緊密結合行業發展,促使計算機系統結構課程內容向實用化和新理念方向延伸。

1 《計算機體系結構》 -簡介

《計算機體系結構》在介紹計算機系統結構的基本概念、原理、結構和分析方法的基礎上,著重闡述了計算機系統的并行化技術,旨在幫助學生在建立計算機系統的完整概念,充分掌握計算機系統結構的最新研發思想與技術。


2 《計算機體系結構》 -內容簡介

《計算機體系結構》《計算機體系結構》
 《計算機體系結構》共分5章。第1章論述計算機系統的概念及其設計原則,通過對馮·諾依曼計算機模型指令集的分類,簡要闡述計算機系統發展的脈絡及與體系結構發展密不可分的核心領域的現狀與發展,最後簡單介紹幾種先進的微體系結構;第2章論述流水線的基本概念、分類及性能計算方法,並以DLX模型為實例詳細描述流水線執行的關鍵技術,並對流水線中相關和衝突問題進行重點闡述;第3章通過指令級并行概念的介紹,詳細闡述實現指令級并行的關鍵技術和演算法;第4章為「存儲系統」,重點講述虛擬存儲系統,Cache存儲系統及并行主存系統;第5章詳細介紹輸入輸出系統,講述匯流排類型、控制及通信方式,並詳細闡述中斷系統及匯流排與CPU及存儲器的通信原理。

3 《計算機體系結構》 -適用人群

《計算機體系結構》可作為高等院校計算機專業的高年級本科生,或研究生的教材,也可作為從事計算機體系結構或嵌入式系統設計的工程技術人員的參考書。 

4 《計算機體系結構》 -特點

將計算機系統結構的理論、方法和技術與目前行業發展的需要緊密結合。作者本著五個出發點來編寫此書。
·保證《計算機體系結構》內容的先進性。在介紹計算機系統設計所必須掌握的知識的基礎上,以提高效率和系統優化為目標,介紹了現階段計算機體系結構方面先進的技術方法,如指令級并行技術、同時多線程技術等。
·實例詳細,淺顯易懂。通過各種代碼、實例等具體示例的詳細分析和說明,有助於學習者閱讀。
·合理的知識結構,循序漸進地介紹計算機系統結構的相關知識,同時注重系統性,使學生和讀者能夠建立起整機的概念
·結合教學中的重點,難點,加強概念的可理解性,並與實踐教學結合,注重學生的知識儲備及能力的培養。
·清晰地介紹技術發展的脈絡。

5 《計算機體系結構》 -目錄

《計算機體系結構》《計算機體系結構》

 第1章 概述
1.1 計算機系統結構的基本概念
1.1.1 多級層次結構
1.1.2 系統結構、組成和實現之間的關係
1.2 計算機系統結構的設計方法
1.2.1 計算機系統的設計原則
1.2.2 計算機系統的設計思路及步驟
1.3 軟體、應用、器件的影響
1.4 計算機系統結構的分類
1.5 基於馮·諾依曼計算機模型的指令集分類
1.5.1 CISC體系結構
1.5.2 RISC體系結構
1.5.3 CISC和RISC混合體系結構
1.5.4 EPIC體系結構

第2章 流水線技術
2.1 流水線的基本概念
2.1.1 什麼是流水線
2.1.2 流水線的分類
2.2 流水線的性能指標
2.2.1 吞吐率
2.2.2 加速比
2.2.3 效率
2.3 DLX的基本流水線
2.3.1 DLX指令集結構
2.3.2 基本的DLX流水線
2.3.3 DLX流水線各級的操作
2.3.4 DLX流水線處理機的控制
2.4 流水線的相關與衝突
2.4.1 流水線相關
2.4.2 流水線衝突

第3章 指令級并行
3.1 指令級并行的概念
3.2 循環展開
3.2.1 循環展開的原理
3.2.2 循環展開的特點
3.3 動態指令調度
3.3.1 靜態指令調度與動態指令調度
3.3.2 動態指令調度的基本思想
3.3.3 動態指令調度演算法:記分牌
3.3.4 動態指令調度演算法:tomasulo演算法
3.4 動態分支預測
3.4.1 採用分支預測表
3.4.2 採用分支目標緩衝器
3.4.3 基於硬體的推斷執行
3.4.4 先進的分支預測技術

第4章 存儲體系
4.1 存儲系統的分析
4.2 虛擬存儲系統
4.2.1 地址的映像與變換
4.2.2 頁面替換演算法
4.3 Cache存儲系統
4.3.1 地址映像與變換方法
4.3.2 Cache替換演算法
4.3.3 Cache系統的加速比
4.4 并行主存系統
4.4.1 單體多字存儲器
4.4.2 多體交叉存儲器

第5章 輸入輸出系統
5.1 輸入輸出原理
5.2 匯流排設計
5.2.1 匯流排的類型
5.2.2 匯流排的控制方式
5.2.3 匯流排通信
5.3 中斷系統
5.3.1 中斷方式
5.3.2 中斷的分類與分級
5.3.3 影響中斷響應時間的因素
5.3.4 中斷屏蔽
5.4通道工作原理
5.4.1 通道的作用和功能
5.4.2 通道種類
5.4.3 通道的工作過程
5.4.4 通道的流量分析
參考文獻 

6 《計算機體系結構》 -序言

《計算機體系結構》主要作為高等學校計算機專業本科生計算機
統結構課程的教材,在編寫此書時力求做到深入淺出,通俗易懂。
現階段計算機硬體技術以及計算機軟體技術互相制約、互相影響促進了兩種技術的良性發展,從而使計算機系統結構呈現了迅速發展的態勢。本書主要涉及計算機體系結構的概念、結構、機制以及發展,既介紹計算機系統結構方面已經成熟的技術,也介紹國內外最新的研究成果。
作者從五個出發點來編寫此書:一、保證書中內容的先進性。在介紹計算機系統設計所必須掌握的知識基礎上,以提高效率和系統優化為目標,介紹了現階段計算機體系結構方面先進的技術方法,如指令級并行技術、同時多線程技術等。二、實例詳細,淺顯易懂。通過各種代碼、實例等具體示例的詳細分析和說明,有助於讀者閱讀。三、合理的知識結構,循序漸進地介紹計算機系統結構的相關知識,同時注重系統性,使讀者能夠建立起整機的概念。四、結合教學中的重點、難點,加強概念的可理解性,注重學生的知識儲備及能力的培養。五、清晰地介紹技術發展的脈絡。在介紹原理或演算法時,介紹該技術的開發背景、應用情況以及後續發展,開拓讀者實踐和創新的思維方式,全面展現現階段計算機體系結構的原理和本質,並緊密結合行業發展,從而促使計算機系統結構課程內容向實用化和新理念方向延伸。 

7 《計算機體系結構》 -文摘

(1)簡單的指令集。RISC體系結構的指令系統的指令長度比較一致,典型的指令長度是4位元組,和CISC相比定址方式少且簡單,一般只有1~2種,最多也不超過5種;在指令系統中只有取數(load)和存數(store)兩條指令能夠訪問存儲器;指令集的指令數目較少,一般在100~150種之間;指令格式少,一般少於4種。
(2)執行速度快。RISC體系結構的指令功能一般採用硬連線(hardwire)方式的實現,即控制器邏輯的實現。高級語言經編譯生成的代碼直接由硬體執行,而不是由微程序解釋執行,因而執行的速度更快;絕大多數的指令,除取數或存數這類指令之外,指令執行時間僅需一個處理器時鐘周期,隨著片內Cache的出現,如果取數或存數這類指令在Cache命中,那麼這類指令也能在一個處理器時鐘周期內完成。
(3)寄存器一寄存器操作。RISC體系結構的處理器往往都配有大量的通用寄存器,從而將頻繁使用的操作數保持在寄存器中,減少了寄存器一存儲器操作,絕大多數操作都以寄存器一寄存器方式完成,甚至過程調用時的現場保護與恢復也可以用寄存器完成。這會使高級語言程序中頻繁出現的變數指派、參數傳遞、轉移及過程調用、算術邏輯運算等操作高速地完成。
(4)支持指令流水線。基於RISC體系結構的處理器的指令定長、格式簡單並且絕大多數指令都能在一個處理器時鐘周期內執行完成,這些都是對指令流水線的極好支持。另外,由於RISC採用了硬布線邏輯,CPU晶元內控制器所佔面積減小,這樣晶元內可以集成更大容量的Cache,甚至可以分成指令cache和數據Cache,還可集成多個指令預取器、多個功能執行單元,以及支持條件轉移預測的轉移歷史表(BHT)等。
(5)重視優化編譯技術。由於RISC體系結構的指令簡單,所以RISC體系結構的性能在很大程度上依賴於編譯程序的有效性。RISC體系結構指令的簡單性可以簡化編譯工作,因為在編譯時不必在具有類似效果的指令中進行選擇,同時因為定址方式少,也不必優化定址方式;RISC體系結構指令長度固定,指令格式少使得更換指令或取消指令變得很容易;因為RISC體系大部分指令能在一個機器周期內完成,因而編譯程序比較容易調整指令流。 

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