计算机系统结构是计算机专业学生的必修课程，旨在使学生了解计算机系统结构的发展及新技术，掌握计算机系统的基本设计分析方法。本教材系统地讲述了计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构以及计算机系统结构发展的主流技术和新发展，并介绍了MIPS体系结构和多核技术，每章均有小结，使读者对各章的内容能清楚地理解和掌握。全书共9章，分别介绍计算机系统结构的基本概念、指令系统、存储系统、流水线技术、并行处理机和多处理机、输入输出系统、MIPS体系结构、多核技术、非冯·诺依曼型计算机。本书章节安排合理，在多年计算机专业本科生教学的基础上，总结经验，将现代大多数计算机采用比较成熟的思想、结构和方法以系统结构的角度呈现给学生。本书既可作为计算机专业本科生的教材，也可作为深入学习高档微型计算机人员的参考书。

第1章 计算机系统结构的基本概念 /1
1.1 计算机系统结构 /1
1.1.1 计算机系统的层次结构 /3
1.1.2 计算机系统结构概念 /4
1.1.3 计算机系统结构分类 /4
1.1.4 计算机系统结构、组成与实现 /7
1.2 计算机系统设计 /9
1.2.1 计算机系统的设计原理 /9
1.2.2 计算机系统的设计原则 /11
1.2.3 计算机系统的设计思路 /12
1.3 计算机性能评价指标 /12
1.4 计算机系统结构的发展 /15
1.4.1 冯·诺依曼结构 /15
1.4.2 影响计算机系统结构发展的因素 /17
本章小结 /21
习题1 /22
第2章 指令系统 /26
2.1 数据表示 /26
2.1.1 基本数据表示 /26
2.1.2 浮点数据表示 /27
2.1.3 自定义数据表示 /28
2.1.4 向量数据表示 /32
2.2 指令系统设计原则 /33
2.2.1 指令系统的指令编码方法 /34
2.2.2 寻址技术 /34
2.2.3 指令集结构 /36
2.3 指令系统优化 /38
2.3.1 操作码的优化 /38
2.3.2 指令系统的执行和优化 /41
2.4 精简指令系统计算机 /46
2.4.1 CISC的设计思想与问题 /47
2.4.2 RISC的设计思想起源 /47
2.4.3 RISC结构设计原则 /48
2.4.4 RISC结构的基本技术 /49
2.4.5 RISC计算机举例 /52
2.4.6 RISC计算机的发展 /56
2.5 DLX指令集结构 /57
本章小结 /59
习题2 /59
第3章 存储系统 /61
3.1 存储系统基本原理 /61
3.1.1 存储系统的定义 /61
3.1.2 存储系统的层次结构 /63
3.1.3 多体交叉访问存储器 /64
3.2 高速缓冲存储器 /68
3.2.1 高速缓冲存储器的基本结构与工作原理 /69
3.2.2 地址映像与转换 /70
3.2.3 替换算法及实现 /77
3.2.4 cache的预取算法 /81
3.2.5 cache的一致性问题 /81
3.2.6 cache性能分析 /83
3.2.7 cache的实用举例 /85
3.3 虚拟存储器 /87
3.3.1 虚拟存储器的工作原理 /88
3.3.2 虚拟存储器的管理方式 /89
3.3.3 虚拟存储器的地址映像与变换 /91
3.3.4 虚拟存储器实例 /94
3.4 cache与虚拟存储器的异同 /96
3.5 主存保护 /97
3.5.1 存储区域保护 /97
3.5.2 访问方式保护 /99
3.5.3 存储保护实例 /99
3.6 存储器检错与纠错技术 /101
3.6.1 奇偶校验 /101
3.6.2 海明校验 /102
3.6.3 循环校验码 /103
本章小结 /103
习题3 /104
第4章 流水线技术 /110
4.1 基本概念 /110
4.2 流水线工作方式 /112
4.2.1 流水线处理概念和特点 /112
4.2.2 流水线的分级和分类 /114
4.2.3 流水线举例 /115
4.3 流水线性能分析 /120
4.3.1 技术指标 /120
4.3.2 流水线性能指标参数计算 /124
4.3.3 时序和缓冲 /128
4.3.4 相关处理 /128
4.3.5 转移处理 /132
4.3.6 流水中断处理 /134
4.4 流水线调度 /135
4.4.1 流水线调度方法 /135
4.4.2 动态硬件预测转移方法 /140
4.5 超级计算机 /141
4.5.1 流水处理中指令并行性进一步开发 /141
4.5.2 超级标量计算机 /141
4.5.3 超长指令字计算机 /143
4.5.4 超级流水计算机 /144
4.5.5 超流水超标量计算机 /145
4.6 向量流水处理 /146
4.6.1 向量处理方式 /146
4.6.2 向量处理机的结构 /147
4.6.3 改进向量处理机性能的方法 /149
4.6.4 向量处理机的性能 /153
4.7 奔腾II/III/4处理器流水处理举例 /155
本章小结 /163
习题4 /163
第5章 并行处理机和多处理机 /168
5.1 概述 /168
5.2 并行处理技术与发展 /168
5.2.1 并行处理技术的开发途径 /169
5.2.2 并行处理技术发展 /170
5.3 并行处理机结构 /173
5.4 多处理机结构 /178
5.4.1 紧耦合多处理机系统 /179
5.4.2 松耦合多处理机系统 /181
5.5 多处理机cache一致性 /182
5.5.1 多处理机cache内容不一致的原因 /183
5.5.2 解决多处理机cache不一致的方法 /184
5.6 互连网络 /187
5.6.1 互连网络的概念 /187
5.6.2 互连网络的性能参数 /188
5.6.3 互连网络拓扑结构 /190
5.6.4 互连函数 /192
5.6.5 单级互连网 /197
5.6.6 多级互连网 /199
5.6.7 互连网通信模式和消息传递 /203
5.7 多处理机的操作系统 /208
5.7.1 多处理机操作系统的特点 /208
5.7.2 多处理机操作系统分类 /209
5.8 多处理机系统实例 /211
5.8.1 SMP共享存储型多处理机 /211
5.8.2 MPP大规模并行处理机 /212
5.8.3 机群系统 /215
5.8.4 “曙光一号”共享存储并行处理机 /218
本章小结 /220
习题5 /221
第6章 输入输出系统 /223
6.1 概述 /223
6.1.1 输入输出设备的分类 /223
6.1.2 输入输出设备的特点 /224
6.2 基本工作原理 /225
6.2.1 输入输出系统的结构 /225
6.2.2 输入输出系统的逻辑组成及工作原理 /226
6.2.3 输入输出系统的工作方式 /227
6.3 总线 /229
6.3.1 总线工作原理 /230
6.3.2 总线标准与实例 /231
6.4 中断 /237
6.4.1 中断基本概念 /237
6.4.2 中断处理过程 /238
6.4.3 中断优先级和嵌套 /239
6.5 DMA方式 /240
6.5.1 DMA方式的概念 /240
6.5.2 DMA的工作过程 /241
6.6 通道处理机 /241
6.6.1 通道的功能 /241
6.6.2 通道的逻辑组成与工作过程 /243
6.6.3 输入输出中断 /245
6.6.4 通道的种类及流量分析 /245
6.7 输入输出处理机 /251
6.7.1 输入输出处理机的功能 /251
6.7.2 输入输出处理机系统举例 /252
本章小结 /253
习题6 /253
第7章 MIPS体系结构 /257
7.1 MIPS的发展历程 /257
7.1.1 RISC与CISC /257
7.1.2 MIPS I到MIPS V /257
7.1.3 MIPS32和MIPS64 /259
7.2 MIPS体系结构 /260
7.2.1 MIPS的指令格式 /260
7.2.2 MIPS与CISC体系结构的比较 /261
7.2.3 编址和内存访问 /262
7.2.4 MIPS不支持的特性 /262
7.3 MIPS的缓存 /263
7.4 MIPS指令集 /265
7.4.1 MIPS汇编语言 /265
7.4.2 MIPS指令集 /266
本章小结 /285
习题7 /286
第8章 多核技术 /287
8.1 多核基本概念 /287
8.1.1 多核技术发展趋势 /287
8.1.2 多核概念 /287
8.1.3 片上多核处理器体系结构 /290
8.2 操作系统对多核处理器的支持方法 /295
8.2.1 调度与中断 /295
8.2.2 输入输出系统 /295
8.2.3 存储管理 /296
8.2.4 虚拟化技术 /297
8.2.5 支持多核的操作系统 /299
8.3 多线程技术 /300
8.3.1 线程的定义 /300
8.3.2 多线程定义 /301
8.3.3 多线程技术示例 /302
8.4 面向Intel公司多核处理器的多线程技术 /305
8.4.1 基于硬件的多线程技术 /305
8.4.2 超线程技术 /305
8.4.3 多核体系结构 /306
8.5 多核发展趋势 /308
本章小结 /309
习题8 /309
第9章 非冯·诺依曼型计算机 /310
9.1 数据流计算机 /310
9.1.1 数据流计算机工作原理 /310
9.1.2 数据流程序图和数据流语言 /312
9.1.3 数据流计算机的性能分析 /316
9.1.4 数据流计算机结构 /319
9.1.5 数据流机器存在的问题 /323
9.2 归约机 /323
9.2.1 函数式程序设计语言 /324
9.2.2 函数式语言的归约机结构 /324
9.3 人工智能计算机 /327
9.3.1 人工智能计算特征 /327
9.3.2 人工智能计算机的结构 /328
9.3.3 人工智能计算机分类 /329
9.4 光计算机 /330
9.5 神经网络计算机 /331
本章小结 /332
习题9 /333
附录A DLX指令集 /334
附录B WinDLX教程 /340
参考文献 /346