计算机系统结构教程

图书标准信息

• 作者 张晨曦 著
• 出版社 清华大学出版社
• 出版时间 2009-05
• 版次 1
• ISBN 9787302194347
• 定价 36.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 384页
• 字数 629千字
• 正文语种 简体中文
• 丛书 普通高等教育“十一五”国家级规划教材

【内容简介】

　　《计算机系统结构教程》借鉴了国内外最经典的相关教材，系统地论述了计算机系统结构的基本概念、基本结构、基本方法等，强调从开发并行性的角度，用量化分析（性能评价）的方法来研究和分析计算机系统。全书共有13章。第1章介绍基本概念、并行性的发展和定量分析基础。第2章介绍计算机指令系统的设计和MIPS指令系统。第3章介绍流水线技术，包括性能分析、调度、相关和冲突以及流水线的实现。第4章介绍向量处理机的结构、特点和性能评价。第5章和第6章分别讲述如何用硬件和软件的方法来开发指令级并行性，包括记分牌和Tomasulo算法、基于硬件的前瞻执行、多指令流出技术、循环展开、VLIW、EPIC等。第7章介绍存储层次，重点讲述cache的基本知识及提高cache性能的各种方法。第8章介绍总线、通道处理机和RAID。第9章介绍互连网络的特性参数、静/动态互连网络以及消息传递机制等。第10章介绍SMP、DSM、MPP等并行计算机系统结构，论述多cache一致性、同步、同时多线程。最后3章分别介绍机群计算机、阵列处理机、数据流计算机。
　　《计算机系统结构教程》内容丰富，实例具体，语言简练，可读性好，通俗易懂，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。

【作者简介】

　　张晨曦，男，1960年9月生，汉族，福建龙岩人。他现任同济大学软件学院教授、博士生导师，国家级“中青年有突出贡献专家”，国家杰出青年基金获得者，先后主持了4项国家自然科学基金项目。1988年获博士学位，后一直在国防科技大学计算机学院工作，2005年9月调入同济大学。
　　张晨曦负责建设的计算机系统结构课程被评为2008年度国家级精品课程。他主讲计算机系统结构课程和从事系统结构的研究20余年，进行了一系列的教学改革和课程建设，取得了突出的成绩。
　　他于1992年开发出了国内第一套系统结构CA1课件（含30个动画），在清华、北大等全国10多所高校应用，并于2003年完成教育部的新世纪网络课程建设工程项目“计算机体系结构网络课程”。
　　他负责编写出版的《计算机系统结构》（高等教育出版社）是“十五”和“十一五”国家级规划教材，该教材2002年获全国普通高等学校优秀教材2等奖，在全国至少有50所大学采用了该教材。2006年他负责主编的3本教材被列为“十一五”国家级规划教材。他撰写专著两部（第2作者），教材3本（第1作者）。其专著《新一代计算机》由荷兰North—Holland出版社出版，另一部1992年获“国家教委优秀专著特等奖”，1993年获“全国优秀科技图书一等奖”。他发表学术研究论文90多篇，其中在《中国科学》、《计算机学报》等一级刊物上发表8篇，国外发表20多篇，并有18篇被国际八大检索工具收录。
　　张晨曦获部委级科技进步一等奖两项（排名第2）、二等奖一项（排名第2），获部委级教学成果二、三等奖各一项。
　　2007年他获宝钢优秀教师奖和上海市育才奖，2008年获上海高校教学名师奖。1991年他被国家教委授予“做出突出贡献的中国博士”光荣称号，还被评为湖南省科技青年“十佳”之一。1993年他被评为“全军优秀教师”，1993年和1995年两次获“霍英东青年教师奖”，1995年获第4届“中国青年科技奖”。张晨曦从事教师工作多年，从15岁起当中学教师，对教学方法和现代教育技术有深入的研究，提出了面向远程教育和CAI的动画解析教学法。
　　业余爱好：摄影

【目录】

第1章 计算机系统结构的基础知识
1.1 计算机系统结构的基本概念
1.1.1 计算机系统的层次结构
1.1.2 计算机系统结构的定义
1.1.3 计算机组成和计算机实现
1.1.4 计算机系统结构的分类
1.2 计算机系统的设计
1.2.1 计算机系统设计的定量原理
1.2.2 计算机系统设计者的主要任务
1.2.3 计算机系统设计的主要方法
1.3 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·诺依曼结构及其改进
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
1.5 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 单机系统中并行性的发展
1.5.4 多机系统中并行性的发展
1.5.5 并行机的发展变化
习题

第2章 指令系统的设计
2.1 指令系统结构的分类
2.2 寻址方式
2.3 指令系统的设计和优化
2.3.1 指令系统设计的基本原则
2.3.2 控制指令
2.3.3 指令操作码的优化
2.3.4 指令字格式的优化
2.4 指令系统的发展和改进
2.4.1 沿CISC方向发展和改进指令系统
2.4.2 沿RISC方向发展和改进指令系统
2.5 操作数的类型和大小
2.6 MIPS指令系统结构
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

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 流水线的吞吐率
3.2.2 流水线的加速比
3.2.3 流水线的效率
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 非线性流水线的调度
3.3.1 单功能非线性流水线的最优调度
3.3.2 多功能非线性流水线的调度
3.4 流水线的相关与冲突
3.4.1 一条经典的5段流水线
3.4.2 相关与流水线冲突
3.5 流水线的实现
3.5.1 MIPS的一种简单实现
3.5.2 基本的MIPS流水线
习题

第4章 向量处理机
4.1 向量的处理方式
4.2 向量处理机的结构
4.2.1 "存储器-存储器"结构
4.2.2 "寄存器-寄存器"结构
4.3 提高向量处理机性能的常用技术
4.3.1 设置多个功能部件
4.3.2 链接技术
4.3.3 分段开采技术
4.3.4 采用多处理机系统
4.4 向量处理机的性能评价
4.4.1 向量指令的处理时间Tvp
4.4.2 最大性能R∞和半性能向量长度n1/2
4.4.3 向量长度临界值nv
4.5 向量处理机实例
4.5.1 具有代表性的向量处理机
4.5.2 Cray Y-MP和C-90
4.5.3 NECSX-X44
习题

第5章 指令级并行及其开发--硬件方法
5.1 指令级并行的概念
5.2 相关与指令级并行
5.3 指令的动态调度
5.3.1 动态调度的基本思想
5.3.2 记分牌动态调度方法
5.3.3 Tomasulo算法
5.4 动态分支预测技术
5.4.1 采用分支历史表BHT
5.4.2 采用分支目标缓冲器BTB
5.4.3 基于硬件的前瞻执行
5.5 多指令流出技术
5.5.1 基于静态调度的多流出技术
5.5.2 基于动态调度的多流出技术
5.5.3 超长指令字技术
5.5.4 多流出处理器受到的限制
5.5.5 超流水线处理机
习题

第6章 指令级并行的开发--软件方法
6.1 基本指令调度及循环展开
6.1.1 指令调度的基本方法
6.1.2 循环展开
6.2 跨越基本块的静态指令调度
6.2.1 全局指令调度
6.2.2 踪迹调度
6.2.3 超块调度
6.3 静态多指令流出： VLIW技术
6.4 显式并行指令计算EPIC
6.4.1 非绑定分支
6.4.2 谓词执行
6.4.3 前瞻执行
6.5 开发更多的指令级并行
6.5.1 挖掘更多的循环级并行
6.5.2 软流水
6.6 实例： IA-64体系结构
6.6.1 IA-64的指令格式
6.6.2 IA-64的谓词执行机制
6.6.3 IA-64的前瞻执行机制
习题

第7章 存储系统
7.1 存储系统的层次结构
7.1.1 存储系统的层次结构
7.1.2 存储系统的性能参数
7.1.3 三级存储系统
7.1.4 存储层次的四个问题
7.2 Cache基本知识
7.2.1 基本结构和原理
7.2.2 映像规则
7.2.3 查找方法
7.2.4 Cache的工作过程
7.2.5 替换算法
7.2.6 写策略
7.2.7 Cache性能分析
7.2.8 改进Cache性能
7.3 降低Cache不命中率
7.3.1 三种类型的不命中
7.3.2 增加Cache块大小
7.3.3 增加Cache的容量
7.3.4 提高相联度
7.3.5 伪相联Cache
7.3.6 硬件预取
7.3.7 编译器控制的预取
7.3.8 编译优化
7.3.9 "牺牲"Cache
7.4 减少Cache不命中开销
7.4.1 采用两级Cache
7.4.2 让读不命中优先于写
7.4.3 写缓冲合并
7.4.4 请求字处理技术
7.4.5 非阻塞Cache技术
7.5 减少命中时间
7.5.1 容量小、结构简单的Cache
7.5.2 虚拟Cache
7.5.3 Cache访问流水化
7.5.4 踪迹Cache
7.5.5 Cache优化技术总结
7.6 并行主存系统
7.6.1 单体多字存储器
7.6.2 多体交叉存储器
7.6.3 避免存储体冲突
7.7 虚拟存储器
7.7.1 基本概念
7.7.2 快速地址转换技术
7.7.3 页式虚拟存储器实例：64位Opteron的存储管理
7.8 实例： AMD Opteron的存储器层次结构
习题

第8章 输入输出系统
8.1 I/O系统的性能
8.2 I/O系统的可靠性、可用性和可信性
8.3 廉价磁盘冗余阵列RAID
8.3.1 RAID
8.3.2 RAID
8.3.3 RAID
8.3.4 RAID
8.3.5 RAID
8.3.6 RAID
8.3.7 RAID
8.3.8 RAID10与RAID
8.3.9 RAID的实现与发展
8.4 总线
8.4.1 总线的设计
8.4.2 总线标准和实例
8.4.3 与CPU的连接
8.5 通道处理机
8.5.1 通道的作用和功能
8.5.2 通道的工作过程
8.5.3 通道种类
8.5.4 通道流量分析
8.6 I/O与操作系统
8.6.1 DMA和虚拟存储器
8.6.2 I/O和Cache数据一致性
习题

第9章 互连网络
9.1 互连函数
9.1.1 互连函数的表示方法
9.1.2 几种基本的互连函数
9.2 互连网络的结构参数与性能指标
9.2.1 互连网络的结构参数
9.2.2 互连网络的性能指标
9.3 静态互连网络
9.4 动态互连网络
9.4.1 总线网络
9.4.2 交叉开关网络
9.4.3 多级互连网络
9.4.4 动态互连网络的比较
9.5 消息传递机制
9.5.1 消息寻径方案
9.5.2 死锁与虚拟通道
9.5.3 流控制策略
9.5.4 选播和广播寻径算法
习题

第10章 多处理机
10.1 引言
10.1.1 并行计算机系统结构的分类
10.1.2 存储器系统结构和通信机制
10.1.3 并行处理面临的挑战
10.2 对称式共享存储器系统结构
10.2.1 多处理机Cache一致性
10.2.2 实现一致性的基本方案
10.2.3 监听协议的实现
10.3 分布式共享存储器系统结构
10.3.1 目录协议的基本思想
10.3.2 目录协议实例
10.3.3 目录的三种结构
10.4 同步
10.4.1 基本硬件原语
10.4.2 用一致性实现锁
10.4.3 同步性能问题
10.5 同时多线程
10.5.1 将线程级并行转换为指令级并行
10.5.2 同时多线程处理器的设计
10.5.3 同时多线程的性能
10.6 大规模并行处理机MPP
10.6.1 并行计算机系统结构
10.6.2 大规模并行处理机MPP
10.7 多处理机实例1： T
10.8 多处理机实例2： Origin 2000
习题

第11章 机群系统
11.1 机群的基本结构
11.1.1 机群的硬件组成
11.1.2 机群的软件
11.2 机群的特点
11.3 机群的分类
11.4 典型机群系统简介
11.4.1 Berkeley NOW
11.4.2 Beowulf
11.4.3 LAMP
11.4.4 IBM SP
习题

第12章 阵列处理机
12.1 阵列处理机的操作模型和特点
12.2 阵列处理机的基本结构
12.2.1 分布式存储器的阵列机
12.2.2 共享存储器的阵列机
12.3 阵列处理机实例
12.3.1 实例1： Illiac IV阵列处理机
12.3.2 实例2： BSP计算机
12.4 阵列处理机的并行算法举例
习题

第13章 数据流计算机
13.1 数据流计算机的基本原理
13.1.1 数据驱动原理
13.1.2 数据流计算机中指令的执行过程
13.1.3 数据流计算机的指令结构
13.2 数据流程序图和数据流语言
13.2.1 数据流程序图
13.2.2 数据流语言及其性质
13.3 数据流计算机结构
13.3.1 静态数据流计算机
13.3.2 动态数据流计算机
13.4 数据流计算机的评价
13.4.1 数据流计算机的优点
13.4.2 数据流计算机的缺点
13.4.3 数据流计算机设计中需解决的问题
习题
参考文献