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| 編輯推薦： |
计算机体系结构是高等院校计算机专业本科生必修课，其地位和重要性表现为：计算机体系结构是国家同等学力申请计算机科学与技术硕士学位学科综合考试科目之一。全国硕士研究生入学考试计算机科学与技术学科联考“计算机组成原理”部分的试题中有体系结构方面的内容。
本书围绕“研究软硬件功能分配，以及如何、合理地实现分配给硬件的功能”这个中心来讲述，着重介绍基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法。课程力求反映出近几十年来在体系结构上的重要进展和现代计算机系统的发展所采用的一些新技术，新的分析、设计方法。
本选题旨在编写一本适合于单独设课高校使用的简明教程，涵盖全国计算机专业研究生统一考试中体系结构的全部知识点。同时为同等学力人员备考申硕考试提供参考书。
开源指令集架构RISC-V瞄准AI、物联网两大领域，目前成为国内热门，已有半导体公司设计出芯片，学术界也作为设计自主版权CPU的选择。ARM嵌入式处理器是手机、移动设备和嵌入式系统芯片的IP核，是嵌入式处理器的主流，为流行。国产芯片的呼声引发了对计算机体系结构的重视，引入RISC-V和ARM到体系结构教材是大势所趋。本教材涉及嵌入式处理器的
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| 內容簡介： |
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本书系统地讲述计算机体系结构的基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法，同时包含了RISCV开源指令集架构、ARM公司RISC嵌入式处理器体系结构和Intel公司嵌入式处理器以及多核处理器等新内容。 全书共7章，分别讲述计算机系统结构的基本概念、数据表示与指令系统、输入输出系统、存储体系、流水线和向量处理机、并行处理机和互连网络、多处理机和多计算机。 本书内容简明，通俗易懂，每章都附有学习指南和习题。 本书可以作为高等学校计算机及相关专业的教材，也可以作为参加相关考试考生的参考用书。
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| 關於作者： |
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作者为北京理工大学教学团队。蒋本珊，北京理工大学计算机学院教授。主要研究方向：嵌入式系统。从1986年开始主讲“计算机组成原理”、“计算机体系结构”等核心课程。多次获得北京市教学/教材优秀成果奖。正式出版的教材和教学参考书十余本，“计算机组成原理”课程的系列教材先后入选“十一五”和“十二五”普通高等教育本科规划教材，主教材两次获得北京市精品教材。主持开发的软件获得北京高教学会优秀教学软件二等奖。
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| 目錄：
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第1章计算机系统结构的基本概念1
1.0学习指南1
1.1计算机系统的多级层次结构2
1.2计算机系统结构、组成和实现4
1.2.1计算机系统结构、组成和实现的定义4
1.2.2计算机系统结构、组成和实现的相互关系6
1.3软硬件取舍与计算机系统的设计思路6
1.3.1软硬件取舍的基本原则6
1.3.2计算机系统的设计思路7
1.4计算机设计的量化准则8
1.4.1计算机系统设计的定量原理8
1.4.2衡量计算机系统性能的主要标准10
1.4.3计算机性能的比较12
1.4.4计算机系统的性能评价14
1.5对系统结构的影响因素15
1.5.1软件对系统结构的影响15
1.5.2器件和应用对系统结构的影响17
1.6系统结构中的并行性18
1.6.1并行性概念18
1.6.2并行处理系统的结构与多机系统的耦合度20
1.7计算机系统的分类21
1.7.1Flynn分类法21
1.7.2其他分类法24
习题125第2章数据表示与指令系统28
2.0学习指南28
2.1数据表示29
2.1.1数据表示与数据结构29
2.1.2高级数据表示292.1.3引入数据表示的原则34
2.2寻址方式34
2.2.1寻址方式分析34
2.2.2间接寻址方式与变址寻址方式的比较36
2.2.3程序在主存中的定位技术38
2.2.4信息分布38
2.3指令系统的设计和优化39
2.3.1指令操作码的优化39
2.3.2指令字格式的优化43
2.4指令系统的发展和改进44
2.4.1CISC和RISC44
2.4.2按CISC方向发展与改进指令系统44
2.4.3按RISC方向发展与改进指令系统45
2.4.4设计RISC的关键技术48
2.5典型的RISC处理器53
2.5.1ARM嵌入式处理器53
2.5.2MIPS嵌入式处理器55
2.5.3RISCV开源指令集架构56
2.6RISCV指令集57
2.6.1RISCV寄存器使用规范57
2.6.2RISCV的寻址方式58
2.6.3RISCV的指令格式58
2.6.4RISCV的基本整数指令集RV32I59
2.6.5RISCV的乘法和除法指令集RV32M63
2.6.6RISCV的浮点指令集RV32F和RV32D64
2.7Intel嵌入式处理器65
2.7.1Atom处理器65
2.7.2Quark处理器65
习题266第3章输入输出系统69
3.0学习指南69
3.1输入输出系统概述69
3.2磁盘阵列70
3.2.1RAID简介70
3.2.2RAID的分级71
3.3总线设计74
3.3.1总线特点74
3.3.2总线的数据宽度75
3.3.3总线定时控制75
3.3.4总线的集中仲裁方式76
3.3.5总线的分布仲裁方式78
3.4通道处理机79
3.4.1通道的作用和功能79
3.4.2通道工作过程81
3.4.3通道的类型82
3.4.4通道中的数据传送过程84
3.4.5通道的流量分析85
习题388第4章存储体系91
4.0学习指南91
4.1存储体系概念和并行存储系统92
4.1.1存储体系的引出92
4.1.2并行存储系统93
4.1.3存储体系定义和分支96
4.1.4存储体系的性能参数98
4.1.5双口RAM102
4.2虚拟存储系统103
4.2.1虚拟存储管理方式103
4.2.2页式虚拟存储系统构成109
4.2.3页式虚拟存储系统实现中的问题118
4.3高速缓冲存储器122
4.3.1Cache存储系统基本结构123
4.3.2地址映像和变换124
4.3.3替换算法的实现132
4.3.4Cache的透明性及性能分析134
4.4Cache主存辅存三级层次138
4.5ARM存储系统139
习题4140第5章流水线和向量处理机144
5.0学习指南144
5.1重叠方式145
5.1.1重叠原理和一次重叠145
5.1.2相关处理147
5.2流水方式151
5.2.1基本概念151
5.2.2流水线处理机的主要性能155
5.2.3流水线调度160
5.2.4流水机器的相关处理和控制机构164
5.3向量的流水处理与向量流水处理机167
5.3.1向量的流水处理167
5.3.2向量流水处理机169
5.4指令级高度并行的超级处理机171
5.4.1超标量处理机171
5.4.2超流水线处理机174
5.4.3超标量超流水线处理机178
5.4.4三种指令级并行处理机性能比较181
5.4.5超长指令字处理机182
5.5ARM流水线处理器举例182
5.6RISCV流水线处理器简化设计184
5.6.1流水线数据通路的实现185
5.6.2流水线控制器的实现195
5.6.3流水线相关以及解决方式196
习题5202第6章并行处理机和互连网络206
6.0学习指南206
6.1并行处理机原理207
6.1.1并行处理机定义及特点207
6.1.2并行处理机的构形与特点207
6.2并行处理机的并行算法209
6.3互连网络的基本概念215
6.3.1互连网络的设计目标及互连函数215
6.3.2设计互连网络时应考虑的问题217
6.4互连网络的种类218
6.4.1静态互连网络218
6.4.2循环互连网络220
6.4.3基本的单级互连网络221
6.4.4多级互连网络223
6.4.5全排列网络228
6.5并行存储器的无冲突访问229
习题6231第7章多处理机和多计算机233
7.0学习指南233
7.1多处理机概念234
7.1.1多处理机定义234
7.1.2多处理机分类234
7.1.3多处理机特点和主要技术问题235
7.2多处理机结构237
7.2.1共享存储器结构237
7.2.2分布式存储器结构242
7.2.3大规模并行处理机243
7.2.4机群244
7.3多核处理器249
7.3.1多核处理器定义与结构249
7.3.2Intel多核处理器251
7.3.3AMD多核处理器253
7.3.4ARM多核处理器254
7.4多处理机的多Cache一致性256
7.4.1存储器一致性定义256
7.4.2多Cache一致性问题的产生256
7.4.3多Cache一致性问题的解决方法258
7.5多处理机的机间互连形式263
7.6程序并行性265
7.6.1并行算法265
7.6.2程序段间的相关性分析266
7.6.3并行程序设计语言267
7.7多处理机的性能268
7.7.1基本模型269
7.7.2N台处理机系统的基本模型270
7.8多处理机的操作系统272
7.8.1主从型操作系统272
7.8.2各自独立型操作系统273
7.8.3浮动型操作系统273
习题7274
参考文献276
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| 內容試閱：
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计算机体系结构又称计算机系统结构。计算机体系结构的内容是高等学校计算机专业本科生的必修内容，其学习目的是以全面、系统的观点来认识计算机系统，掌握分析和设计计算机系统的方法，同时进一步加强对其他专业知识的理解。
对于计算机体系结构课程，目前国内高校有两种情况:
(1) 单独设课，其前导课程为计算机组成原理，课程学时数一般不多。
(2) 不单独设课，内容与计算机组成原理课程合并，统称为计算机组成结构。
本书针对单独设课的情况，主要围绕“研究软硬件功能分配，以及如何、合理地实现分配给硬件的功能”这个中心来讲述，着重介绍计算机体系结构的基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法。本书共7章，内容包括计算机系统结构的基本概念、数据表示与指令系统、输入输出系统、存储体系、流水线和向量处理机、并行处理机和互连网络、多处理机和多计算机，力求反映出近几十年来在体系结构上的重要进展，以及现代计算机系统的发展所采用的一些新技术和新的分析、设计方法。
目前国内计算机体系结构方面的教材不少，但教材内容普遍偏多、偏深、偏难，而随着教学课时的减少，教材内容多与教学学时少之间的矛盾越来越突出。本书强调“简明”两字，尽可能压缩内容，突出计算机体系结构的经典内容，以适应大多数学校的教学要求。同时，“计算机系统结构”是计算机领域中一个重要的二级学科，本书的相关内容在硕士学位研究生入学综合考试中多有涉及，本书尽可能通俗易懂，适合自学，以适应相关考生的需要。
本书与国内外同类教材相比，的特色和创新点在于将开源指令集RISCV引入体系结构教材，首次将移动终端广泛使用的ARM公司RISC嵌入式处理器体系结构实例内容加入书中，还增加了Intel公司嵌入式处理器以及多核处理器等新内容。随着移动互联网的发展，移动终端和多核处理器已经普及，这些新内容的加入使得本书不仅具有实用性，同时具有先进性。而且本书的每一章前都增加了学习指南，帮助读者了解各章的学习要求和重点、难点。
本书的第1章、第2章的2.0节～2.4节和第3章由蒋本珊编写，第2章的2.5节～2.7节、第4章、第5章的5.0节～5.5节和第6章由马忠梅编写，第5章的5.6节由王娟编写，第7章由郑宏编写。本书在写作过程中还得到了Intel公司和ARM公司大学计划和工程师的大力支持，在此表示衷心的感谢。
由于作者的水平有限，书中难免存在疏漏或不妥之处，恳请读者批评指正。
作者2021年3月
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