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第1章　计算机系统结构的相关概念1

1.1　系统结构的有关术语1

1.1.1　计算机系统的层次结构1

1.1.2　计算机系统结构3

1.1.3　计算机组织和计算机实现3

1.1.4　计算机系统结构的分类4

1.2　系统结构发展的因素6

1.2.1　存储程序计算机系统结构及其发展6

1.2.2　软件对系统结构的影响7

1.2.3　应用对系统结构的影响9

1.2.4　器件对系统结构的影响9

1.2.5　系统结构的生命周期10

1.3　定量分析技术11

1.3.1　系统设计的定量原理11

1.3.2　性能评价标准14

1.3.3　成本与价格18

1.4　系统结构中并行性的发展20

1.4.1　并行性的概念20

1.4.2　提高并行性的技术途径20

1.4.3　单处理机系统中并行性的发展21

1.4.4　多处理机系统中并行性的发展21

1.4.5　并行处理机的系统结构类型23

小结24

习题25

第2章　时间并行技术27

2.1　流水线技术27

2.1.1　流水线的基本概念27

2.1.2　流水线的表示方法29

2.1.3　流水线的特点31

2.2　流水线的性能指标31

2.2.1　流水线的吞吐率32

2.2.2　流水线的加速比35

2.2.3　流水线的效率35

2.2.4　流水线的最佳段数36

2.3　流水线的结构相关和数据相关40

2.3.1　流水线的结构相关40

2.3.2　流水线的数据相关42

2.4　流水线的控制相关45

2.4.1　控制相关的概念45

2.4.2　条件分支对流水线的影响46

2.4.3　静态分支技术47

2.4.4　动态分支预测技术51

2.4.5　流水线处理机的中断处理54

小结55

习题55

第3章　指令级并行技术58

3.1　指令级并行的概念58

3.1.1　并行性的有关术语58

3.1.2　多指令流出：指令级并行度59

3.2　数据相关及其处理技术60

3.2.1　数据相关类型61

3.2.2　寄存器重命名62

3.2.3　静态指令调度62

3.2.4　动态指令调度64

3.3　超标量流水处理机65

3.3.1　超标量流水线的发射策略66

3.3.2　典型处理机结构70

3.3.3　超标量流水处理机性能74

3.4　超流水线处理机74

3.4.1　超流水线处理机时空图74

3.4.2　典型处理机结构75

3.4.3　超流水线处理机性能77

3.5　超标量超流水线处理机78

3.5.1　指令执行时空图78

3.5.2　典型处理机结构79

3.5.3　超标量超流水线处理机性能82

3.6　超长指令字处理机82

3.6.1　超长指令字处理机的特点82

3.6.2　VLIW处理机的结构模型83

3.6.3　典型处理机结构84

3.7　多线程与超线程处理机86

3.7.1　指令级并行与线程级并行86

3.7.2　同时多线程结构88

3.7.3　超线程处理机结构89

小结90

习题91

第4章　向量处理机94

4.1　向量处理的基本概念94

4.1.1　向量处理94

4.1.2　向量处理方法95

4.2　向量处理机的结构97

4.2.1　存储器－存储器结构97

4.2.2　寄存器－寄存器结构100

4.3　提高向量处理机性能的方法102

4.3.1　多功能部件的并行操作102

4.3.2　链接技术103

4.3.3　分段开采技术105

4.3.4　采用多处理机系统结构106

4.4　向量处理机的性能评估107

4.4.1　一条向量指令的执行时间107

4.4.2　一组向量操作的执行时间107

4.4.3　分段开采时一组向量操作的总执行时间108

4.4.4　最大性能R∞和半性能向量长度n1/2109

4.5　新型向量处理机111

4.5.1　Cray Y-MP,C90111

4.5.2 NECSX-X系列112

小结113

习题114

第5章　互连网络116

5.1　互连网络的相关概念116

5.1.1　互连网络的功能和特征116

5.1.2　互连网络的描述工具117

5.1.3　互连网络的特性参数121

5.2　互连网络的结构121

5.2.1　静态互连网络121

5.2.2　动态互连网络124

5.3　互连网络的路由选择和消息传递方式130

5.3.1　路由选择方法130

5.3.2　消息传递方式134

5.3.3　死锁与虚拟通道136

5.4　流量控制策略和通信模式137

5.4.1　流量控制策略137

5.4.2　通信模式138

小结140

习题140

第6章　阵列处理机142

6.1　阵列处理机的操作模型和特点142

6.1.1　阵列处理机的操作模型142

6.1.2　阵列处理机的特点143

6.2　阵列处理机的基本结构143

6.2.1　分布式存储器的阵列机143

6.2.2　共享存储器的阵列机144

6.3　阵列处理机实例145

6.3.1　Illiac Ⅳ阵列处理机145

6.3.2　MP-1阵列处理机149

6.4　阵列机的并行算法152

6.4.1　SIMD系统结构与并行算法的关系152

6.4.2　算法举例154

小结157

习题158

第7章　多处理机160

7.1　多处理机的特点和分类160

7.1.1　多处理机的特点160

7.1.2　多处理机的分类161

7.2　SMP的系统结构和实例162

7.2.1　SMP的基本概念162

7.2.2　SMP的一般结构163

7.2.3　Origin2000系统164

7.2.4　IBM大型机SMP166

7.2.5　容错计算机系统Stratus168

7.3　多处理机的Cache一致性171

7.4　多处理机操作系统172

7.5　多处理机中程序并行性的开发173

7.5.1　程序并行性的分析174

7.5.2　并行程序设计176

小结179

习题179

第8章　机群系统182

8.1　机群系统的概念182

8.1.1　机群系统的定义182

8.1.2　机群系统的特点182

8.2　机群系统的系统结构183

8.3　机群系统实例185

8.3.1　IBM SP2系统185

8.3.2　超级刀片系统187

小结190

习题190

第9章　课程设计191

9.1　TEC-4A计算机组成实验系统191

9.1.1　TEC-4A计算机组成实验系统的特点191

9.1.2　电源和时序发生器192

9.1.3　数据通路192

9.1.4　指令系统196

9.1.5　控制器和控制台197

9.1.6　用户自选器件实验区200

9.2　微程序控制的流水计算机模型设计与调试200

9.2.1　教学目的、任务与实验设备200

9.2.2　设计要求201

9.2.3　微程序控制器的设计与调试202

9.3　硬连线控制的流水计算机模型设计与调试203

9.3.1　教学目的、任务与实验设备203

9.3.2　设计与调试要求204

参考文献206

附录207