具体描述
“计算机系统结构”是计算机科学与技术专业的一门主干课程。其目的在于向学生讲授计算机的各种系统结构，并使学生了解和掌握设计新型计算机的思想、方法和步骤。本书可以作为大学计算机科学与技术专业的本科教材，也可以供电类研究生使用。
作者简介
目录信息
1.1 概述
1.2 计算机系统结构的定义与内涵
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与内涵
1.2.3 计算机系统的组成与实现
1.3 计算机系统结构的类型
1.3.1 按“流”分类
1.3.2 按“并行级”和“流水线”分类
1.3.3 冯氏分类法
1.4 计算机系统性能分析
1.4.1 定量分析法
1.4.2 CPU性能分析
1.4.3 MIPS与MFLOPS指标
1.4.4 性能测试结果的统计与比较
1.5 计算机系统结构的发展过程
1.5.1 计算机系统结构的演变过程
1.5.2 软件对计算机系统结构发展的影响
1.5.3 应用需求对计算机系统结构发展的影响
1.5.4 器件对计算机系统结构发展的影响
1.5.5 算法对计算机系统结构发展的影响
1.6 计算机系统的成本、性能与价格
1.6.1 计算机系统的成本与价格
1.6.2 计算机系统的性能与价格
习题与思考题
第2章 数据的表示与指令系统设计
2.1 数据的类型与表示
2.1.1 数据类型
2.1.2 数据表示
2.1.3 定点数与浮点数
2.1.4 向量数据表示
2.1.5 自定义数据表示
2.2 指令系统设计
2.2.1 指令系统的发展及其风格
2.2.2 指令系统的设计要求与分类
2.2.3 地址分配与寻址方式
2.2.4 按内容寻址方式
2.2.5 指令格式与优化设计
2.2.6 指令系统结构举例
2.3 CISC计算机和RISC计算机
2.3.1 CISC计算机的特点与风格
2.3.2 RISC计算机的特点与风格
2.3.3 CISC计算机和RISC计算机性能比较
2.3.4 RISC计算机中的新技术
2.3.5 RISC计算机指令系统实例分析
习题与思考题
第3章 存储器体系结构
3.1 概述
3.1.1 存储器的层次结构
3.1.2 基本概念与性能参数
3.1.3 多体并行存储器
3.1.4 磁盘阵列
3.2 高速缓冲存储器Cache
3.2.1 Cache的基本概念
3.2.2 Cache的组成与工作原理
3.2.3 地址映像与变换
3.2.4 Cache置换策略与主存更新方法
3.2.5 Cache性能分析
3.3 虚拟存储器
3.3.1 虚拟存储器的基本概念
3.3.2 虚拟存储器的管理方式
3.3.3 虚拟地址快速变换法
3.3.4 置换策略
3.3.5 虚拟存储器管理举例
3.4 存储器保护措施
习题与思考题
第4章 标量流水线技术
4.1 概述
4.1.1 控制流及其改变
4.1.2 程序执行过程中的重叠操作与先行控制
4.2 标量流水线工作原理
4.2.1 标量流水线工作原理
4.2.2 标量流水线分类
4.2.3 流水线性能分析
4.2.4 流水线中的主要障碍
4.2.5 流水线的实现与控制
4.2.6 流水线的动态调度
4.3 指令级流水线
4.3.1 指令级流水线概述
4.3.2 超级标量流水线
4.3.3 超长指令字
4.3.4 展开循环体后调度
4.3.5 软件流水法
4.3.6 超级流水机举例
习题与思考题
第5章 向量流水与向量处理机
5.1 向量流水的概念与工作原理
5.1.1 向量流水的概念与特点
5.1.2 向量处理机的基本组成
5.1.3 向量启动时间与结果流出时间
5.1.4 向量操作长度控制与向量访问步长
5.2 向量处理与增强向量处理性能的方法
5.2.1 向量处理方法
5.2.2 增强向量处理性能的方法
5.3 向量处理性能的评价参数与评价方法
5.3.1 机器向量长度与向量流水处理时间
5.3.2 向量流水操作中处理时间及速率与向量长度的关系
5.3.3 向量流水处理中与向量长度有关的参数
5.4 向量化编译技术
5.5 向量处理机举例
5.5.1 多向量多处理机CRAY Y-MP
5.5.2 C-90
习题与思考题
第6章 互连网络
6.1 互连网络的基本概念
6.1.1 互连网络的功能与特征
6.1.2 互连函数
6.2 静态互连网络
6.2.1 静态互连网络结构
6.2.2 静态互连网络特性
6.3 动态互连网络
6.3.1 总线互连方式
6.3.2 交叉开关互连方式
6.3.3 多级网络互连方式
6.4 消息传送与控制
6.4.1 消息寻径方式
6.4.2 虚拟通道与死锁
6.4.3 流控制策略
习题与思考题
第7章 并行处理技术与SIMD阵列机
7.1 并行处理技术
7.1.1 并行处理的基本概念
7.1.2 并行性的开发途径
7.2 SIMD阵列机
7.2.1 SIMD阵列机的基本结构
7.2.2 阵列机并行算法
7.2.3 SIMD阵列机的特点
7.2.4 并行存储器无冲突访问
7.3 典型SIMD阵列机举例
7.3.1 ILLIAC-Ⅳ阵列机
7.3.2 BSP阵列机
习题与思考题
第8章 多处理机
8.1 多处理机的基本结构与类型
8.1.1 紧耦合多处理机
8.1.2 松耦合多处理机
8.1.3 多处理机中Cache的一致性
8.2 并行多处理机技术
8.2.1 程序并行性分析
8.2.2 并行程序设计语言
8.2.3 多处理机操作系统
8.2.4 多处理机调度策略
8.3 并行多处理机的发展趋势
8.3.1 大规模并行处理机
8.3.2 MPP机举例
8.3.3 共享存储器型多处理机
8.3.4 并行向量多处理机
8.3.5 机群
习题与思考题
第9章 计算机体系结构的发展
9.1 脉动阵列机
9.1.1 脉动阵列机的组成原理
9.1.2 面向特定算法的脉动阵列机的结构形式
9.1.3 通用脉动阵列机的结构
9.2 数据流计算机
9.2.1 数据驱动原理
9.2.2 数据流计算机模型
9.2.3 数据流程序图与数据流语言
9.2.4 数据流计算机举例
9.3 归约机
9.3.1 归约方式
9.3.2 函数式程序设计语言
9.3.3 面向函数式程序设计语言的归约机
9.4 人工智能计算机的研究与发展
9.4.1 人工智能计算特征
9.4.2 并行推理机
9.4.3 数据库机与知识库机
9.4.4 模糊控制器与人工神经网络
习题与思考题
参考文献
· · · · · · (收起)
读后感
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用户评价
对于一个有志于从事嵌入式或高性能计算领域的研究生来说，这本书提供了一个非常坚实的基础框架。它不像某些教材那样过度依赖特定厂商的ISA（指令集架构），而是聚焦于普适性的设计哲学和权衡取舍。例如，书中对不同访存模式（顺序、随机）对存储器带宽的影响分析，以及不同并行模型（SIMD、向量处理）的适用场景对比，都提供了非常理性的分析框架。我特别欣赏作者在讨论设计决策时所展现的批判性思维，比如为什么RISC在某些领域占据优势，而CISC在特定场景下依然有其存在的合理性。这种探讨历史背景和技术演进的叙述风格，使得书中的知识点不再是孤立的公式或模块，而是一个不断迭代和优化的生态系统的一部分。读完之后，你在面对新的硬件架构论文时，会自然而然地带着审视其设计优劣的眼光去看待问题。
评分我是一名对计算机体系结构的历史演变充满好奇的爱好者，这本书在追溯设计思想的起源方面，给我带来了极大的满足感。它没有急于展示最新的技术噱头，而是很有条理地回溯了从冯·诺依曼结构到现代多核、异构计算的演进脉络。作者对于早年间设计师们在资源极其有限的情况下如何做出巧妙权衡的描述，读起来引人入胜。特别是关于指令集精简化的哲学辩论，以及早起编译器与硬件紧密耦合的设计思路，都让冰冷的技术充满了人文色彩。这本书的文字风格是沉稳且富有洞察力的，它让你明白，今天的芯片设计并非空中楼阁，而是无数次失败和成功的经验积累的结果。虽然内容偏向学术，但其叙事结构像是一部精彩的编年史，让读者在学习技术细节的同时，也感受到了计算机科学发展的磅礴气势。
评分我个人对操作系统和底层驱动开发比较感兴趣，这本书在连接硬件抽象层和系统软件之间的桥梁搭建上做得相当到位。它没有停留在CPU和内存这些核心组件，而是花了大量篇幅讨论I/O系统、中断处理机制以及虚拟化技术的基础。对我来说，理解操作系统内核如何调度任务、如何管理虚拟地址空间，与理解底层硬件如何响应中断和进行内存访问是相辅相成的。书中对I/O设备控制器的工作模式、总线仲裁的逻辑，都有着清晰的描述。这使得我在阅读操作系统教材时，遇到关于内存映射文件、设备驱动编写的章节，能够迅速建立起具体的硬件对应关系，而不是停留在抽象的接口调用上。这种跨越硬件与软件边界的叙述方式，极大地拓宽了我对整个计算体系的认知范围。比起纯粹的理论堆砌，这本书更像是一部详尽的“硬件操作手册”，只是它的用户是希望深入理解系统的工程师。
评分这本书在阐述底层硬件原理方面真是下了大功夫。作者对处理器的流水线、指令级并行、内存层级的管理，以及各种缓存的组织结构，都进行了深入浅出的剖析。初次接触这些概念时，总觉得它们像黑箱一样难以理解，但这本书通过清晰的图示和贴近实际的例子，将这些复杂的机制一步步拆解开来。特别是关于数据局部性和缓存命中率的分析部分，让我对软件性能优化有了全新的认识。过去我只关注算法复杂度，现在我才明白，代码在硬件上如何执行，对最终性能的影响是多么巨大。书中对于超标量、乱序执行等现代处理器特性的讲解尤为精彩，让我这个非科班出身的开发者也能窥见高性能计算的门径。如果说有什么遗憾，可能是在特定微架构的深入细节上略显保守，但对于一本教程来说，这种广度和深度已经是非常出色的平衡了。这本书的价值在于，它不仅仅是告诉你“是什么”，更重要的是解释了“为什么是这样设计”，这对于构建扎实的系统级思维至关重要。
评分这本书在讲解复杂技术时所采用的类比和可视化技巧，对于初学者来说简直是救星。举例来说，讲解总线仲裁和冲突解决机制时，作者用了一个非常生动的交通控制场景来解释不同协议的效率差异，这比单纯的逻辑门描述要直观得多。另一个令我印象深刻的是它对功耗和散热限制在现代芯片设计中所扮演角色的讨论。过去我总觉得架构设计只是追求极限性能，但这本书清晰地展示了“性能/瓦特”这个指标是如何成为驱动创新的核心约束。它将热点分析、电源门控等软件和硬件协同的优化策略，整合进了对整个系统架构的讨论中，使得最终的学习成果是一个整体的概念，而非零散的知识点。总而言之，这是一本真正将“系统”二字落实到位的教材，它教会我如何从整体上而不是局部去审视计算机的运行状态。
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