具体描述
《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
目录信息
1.1.1 计算机系统的层次结构2
1.1.2 计算机系统结构的定义3
1.1.3 计算机组成和计算机实现3
1.1.4 计算机系统结构的分类4
1.2 计算机系统的设计7
1.2.1 计算机系统设计的定量原理7
1.2.2 计算机系统设计者的主要任务10
1.2.3 计算机系统设计的主要方法12
1.3 计算机系统的性能评测13
1.4 计算机系统结构的发展17
1.4.1 冯·诺依曼结构及其改进17
1.4.2 软件对系统结构的影响19
1.4.3 器件发展对系统结构的影响22
1.4.4 应用对系统结构的影响23
1.5 计算机系统结构中并行性的发展23
1.5.1 并行性的概念23
1.5.2 提高并行性的技术途径25
1.5.3 单机系统中并行性的发展25
1.5.4 多机系统中并行性的发展26
1.5.5 并行机的发展变化27
习题128
第2章 指令系统的设计30
2.1 指令系统结构的分类30
2.2 寻址方式33
2.3 指令系统的设计和优化35
2.3.1 指令系统设计的基本原则35
2.3.2 控制指令36
2.3.3 指令操作码的优化37
2.3.4 指令字格式的优化40
2.4 指令系统的发展和改进42
2.4.1 沿CISC方向发展和改进指令系统42
2.4.2 沿RISC方向发展和改进指令系统44
2.5 操作数的类型和大小45
2.6 MIPS指令系统结构47
2.6.1 MIPS的寄存器47
2.6.2 MIPS的数据表示47
2.6.3 MIPS的数据寻址方式47
2.6.4 MIPS的指令格式48
2.6.5 MIPS的操作49
2.6.6 MIPS的控制指令50
2.6.7 MIPS的浮点操作51
习题251
目 录 计算机系统结构教程第3章 流水线技术53
3.1 流水线的基本概念53
3.1.1 什么是流水线53
3.1.2 流水线的分类55
3.2 流水线的性能指标58
3.2.1 流水线的吞吐率58
3.2.2 流水线的加速比60
3.2.3 流水线的效率61
3.2.4 流水线性能分析举例62
3.2.5 流水线设计中的若干问题64
3.3 非线性流水线的调度64
3.3.1 单功能非线性流水线的最优调度65
3.3.2 多功能非线性流水线的调度67
3.4 流水线的相关与冲突70
3.4.1 一条经典的5段流水线70
3.4.2 相关与流水线冲突72
3.5 流水线的实现83
3.5.1 MIPS的一种简单实现83
3.5.2 基本的MIPS流水线86
习题390
第4章 向量处理机93
4.1 向量的处理方式93
4.2 向量处理机的结构95
4.2.1 “存储器-存储器”结构95
4.2.2 “寄存器-寄存器”结构95
4.3 提高向量处理机性能的常用技术97
4.3.1 设置多个功能部件98
4.3.2 链接技术98
4.3.3 分段开采技术101
4.3.4 采用多处理机系统102
4.4 向量处理机的性能评价102
4.4.1 向量指令的处理时间Tvp102
4.4.2 最大性能R∞和半性能向量长度n1/2105
4.4.3 向量长度临界值nv106
4.5 向量处理机实例106
4.5.1 具有代表性的向量处理机106
4.5.2 Cray Y-MP和C-90107
4.5.3 NECSX-X44108
习题4109
第5章 指令级并行及其开发--硬件方法111
5.1 指令级并行的概念111
5.2 相关与指令级并行112
5.3 指令的动态调度113
5.3.1 动态调度的基本思想113
5.3.2 记分牌动态调度方法115
5.3.3 Tomasulo算法122
5.4 动态分支预测技术133
5.4.1 采用分支历史表BHT 134
5.4.2 采用分支目标缓冲器BTB135
5.4.3 基于硬件的前瞻执行137
5.5 多指令流出技术141
5.5.1 基于静态调度的多流出技术143
5.5.2 基于动态调度的多流出技术144
5.5.3 超长指令字技术147
5.5.4 多流出处理器受到的限制148
5.5.5 超流水线处理机149
习题5152
第6章 指令级并行的开发--软件方法153
6.1 基本指令调度及循环展开153
6.1.1 指令调度的基本方法153
6.1.2 循环展开155
6.2 跨越基本块的静态指令调度157
6.2.1 全局指令调度157
6.2.2 踪迹调度159
6.2.3 超块调度162
6.3 静态多指令流出： VLIW技术163
6.4 显式并行指令计算EPIC165
6.4.1 非绑定分支166
6.4.2 谓词执行166
6.4.3 前瞻执行169
6.5 开发更多的指令级并行172
6.5.1 挖掘更多的循环级并行172
6.5.2 软流水178
6.6 实例： IA-64体系结构180
6.6.1 IA-64的指令格式181
6.6.2 IA-64的谓词执行机制184
6.6.3 IA-64的前瞻执行机制185
习题6186
第7章 存储系统188
7.1 存储系统的层次结构188
7.1.1 存储系统的层次结构188
7.1.2 存储系统的性能参数189
7.1.3 三级存储系统190
7.1.4 存储层次的四个问题192
7.2 Cache基本知识192
7.2.1 基本结构和原理192
7.2.2 映像规则193
7.2.3 查找方法195
7.2.4 Cache的工作过程197
7.2.5 替换算法198
7.2.6 写策略202
7.2.7 Cache性能分析203
7.2.8 改进Cache性能205
7.3 降低Cache不命中率205
7.3.1 三种类型的不命中206
7.3.2 增加Cache块大小208
7.3.3 增加Cache的容量209
7.3.4 提高相联度209
7.3.5 伪相联Cache209
7.3.6 硬件预取210
7.3.7 编译器控制的预取210
7.3.8 编译优化211
7.3.9 “牺牲”Cache213
7.4 减少Cache不命中开销214
7.4.1 采用两级Cache214
7.4.2 让读不命中优先于写217
7.4.3 写缓冲合并217
7.4.4 请求字处理技术218
7.4.5 非阻塞Cache技术218
7.5 减少命中时间219
7.5.1 容量小、结构简单的Cache219
7.5.2 虚拟Cache219
7.5.3 Cache访问流水化222
7.5.4 踪迹Cache222
7.5.5 Cache优化技术总结222
7.6 并行主存系统223
7.6.1 单体多字存储器224
7.6.2 多体交叉存储器224
7.6.3 避免存储体冲突229
7.7 虚拟存储器230
7.7.1 基本概念230
7.7.2 快速地址转换技术231
7.7.3 页式虚拟存储器实例： 64位Opteron的存储管理232
7.8 实例： AMD Opteron的存储器层次结构234
习题7238
第8章 输入输出系统241
8.1 I/O系统的性能241
8.2 I/O系统的可靠性、可用性和可信性242
8.3 廉价磁盘冗余阵列RAID243
8.3.1 RAID0245
8.3.2 RAID1245
8.3.3 RAID2246
8.3.4 RAID3246
8.3.5 RAID4247
8.3.6 RAID5248
8.3.7 RAID6249
8.3.8 RAID10与RAID01249
8.3.9 RAID的实现与发展249
8.4 总线250
8.4.1 总线的设计250
8.4.2 总线标准和实例252
8.4.3 与CPU的连接253
8.5 通道处理机254
8.5.1 通道的作用和功能254
8.5.2 通道的工作过程255
8.5.3 通道种类257
8.5.4 通道流量分析259
8.6 I/O与操作系统261
8.6.1 DMA和虚拟存储器261
8.6.2 I/O和Cache数据一致性261
习题8263
第9章 互连网络266
9.1 互连函数266
9.1.1 互连函数的表示方法266
9.1.2 几种基本的互连函数267
9.2 互连网络的结构参数与性能指标 272
9.2.1 互连网络的结构参数272
9.2.2 互连网络的性能指标273
9.3 静态互连网络273
9.4 动态互连网络279
9.4.1 总线网络279
9.4.2 交叉开关网络280
9.4.3 多级互连网络281
9.4.4 动态互连网络的比较284
9.5 消息传递机制285
9.5.1 消息寻径方案285
9.5.2 死锁与虚拟通道288
9.5.3 流控制策略289
9.5.4 选播和广播寻径算法292
习题9294
第10章 多处理机296
10.1 引言296
10.1.1 并行计算机系统结构的分类297
10.1.2 存储器系统结构和通信机制298
10.1.3 并行处理面临的挑战300
10.2 对称式共享存储器系统结构302
10.2.1 多处理机Cache一致性302
10.2.2 实现一致性的基本方案303
10.2.3 监听协议的实现306
10.3 分布式共享存储器系统结构310
10.3.1 目录协议的基本思想310
10.3.2 目录协议实例313
10.3.3 目录的三种结构316
10.4 同步318
10.4.1 基本硬件原语318
10.4.2 用一致性实现锁320
10.4.3 同步性能问题322
10.5 同时多线程324
10.5.1 将线程级并行转换为指令级并行325
10.5.2 同时多线程处理器的设计326
10.5.3 同时多线程的性能327
10.6 大规模并行处理机MPP329
10.6.1 并行计算机系统结构329
10.6.2 大规模并行处理机MPP331
10.7 多处理机实例1: T1333
10.8 多处理机实例2: Origin 2000338
习题10344
第11章 机群系统345
11.1 机群的基本结构346
11.1.1 机群的硬件组成346
11.1.2 机群的软件347
11.2 机群的特点348
11.3 机群的分类349
11.4 典型机群系统简介350
11.4.1 Berkeley NOW350
11.4.2 Beowulf351
11.4.3 LAMP351
11.4.4 IBM SP2351
习题11353
第12章 阵列处理机354
12.1 阵列处理机的操作模型和特点354
12.2 阵列处理机的基本结构355
12.2.1 分布式存储器的阵列机355
12.2.2 共享存储器的阵列机356
12.3 阵列处理机实例357
12.3.1 实例1: Illiac IV阵列处理机357
12.3.2 实例2: BSP计算机360
12.4 阵列处理机的并行算法举例363
习题12367
第13章 数据流计算机369
13.1 数据流计算机的基本原理369
13.1.1 数据驱动原理369
13.1.2 数据流计算机中指令的执行过程370
13.1.3 数据流计算机的指令结构371
13.2 数据流程序图和数据流语言371
13.2.1 数据流程序图372
13.2.2 数据流语言及其性质375
13.3 数据流计算机结构376
13.3.1 静态数据流计算机377
13.3.2 动态数据流计算机378
13.4 数据流计算机的评价381
13.4.1 数据流计算机的优点381
13.4.2 数据流计算机的缺点382
13.4.3 数据流计算机设计中需解决的问题383
习题13383
参考文献385
· · · · · · (收起)
读后感
评分
评分
评分
评分
用户评价
这本书在描绘计算机系统结构时，展现了一种全局观。作者并没有仅仅停留在CPU的层面，而是将整个计算机系统视为一个相互关联的整体。我尤其喜欢他对存储系统这一章节的论述。它让我从一个全新的角度审视了我平时使用的电脑。除了前面提到的内存层次结构，书中还深入探讨了存储器的可靠性、纠错码（ECC）技术，以及固态硬盘（SSD）和传统机械硬盘（HDD）在性能、功耗和耐用性上的差异。我之前可能只知道SSD比HDD快，但这本书让我明白了其中的技术原理，比如SSD如何通过闪存单元进行数据读写，以及它为什么在随机读写性能上远超HDD。此外，书中还简要介绍了分布式存储系统，这让我对云计算和大数据背后的存储技术有了初步的认识。我明白了，一个高效、可靠的存储系统，对于整个计算机系统的稳定运行和性能发挥，起着多么关键的作用。这本书的广度和深度都令我印象深刻，让我对计算机系统有了更加全面和系统的理解。
评分这本书的精彩之处还在于它能够将非常抽象的计算机系统概念，通过深入浅出的方式呈现在读者面前。我特别被书中关于存储器层次结构和缓存一致性的论述所吸引。我之前一直认为CPU执行指令的速度非常快，但是如果每次都需要从很慢的内存中读取数据，那么CPU的优势就无法完全发挥出来。这本书让我明白了缓存（Cache）的作用。它就像CPU和主内存之间的一个“缓冲池”，存放着CPU最近经常访问的数据。如果CPU需要的数据在缓存中，那么访问速度就会非常快，大大提高了整体的运行效率。但随之而来的问题就是，当数据在缓存和主内存中都存在时，如何保证它们的一致性？作者详细介绍了各种缓存一致性协议，比如MESI协议，让我理解了CPU是如何通过标记数据状态（Modified, Exclusive, Shared, Invalid）来确保数据的一致性。这对于多处理器系统尤为重要，因为不同的CPU可能同时拥有同一份数据的不同缓存副本。这本书让我看到了计算机系统设计的精妙之处，每一点优化背后都隐藏着复杂的理论和实践。
评分这本书在阐述计算机的并行处理能力时，给了我极大的启发。我之前对“并行”的理解比较片面，可能只想到多核CPU。但是，这本书让我认识到，并行处理是贯穿于计算机系统各个层面的。除了前面提到的多核和超线程技术，作者还深入讲解了向量处理（Vector Processing）和SIMD（Single Instruction, Multiple Data）指令。我才了解到，CPU不仅可以同时处理多个任务，还可以在一条指令的驱动下，同时对大量数据进行相同的操作。这就像一次大规模的批量处理，效率极高。书中以图像处理、科学计算等领域的应用为例，生动地展示了向量指令的强大威力。我甚至开始尝试着去理解一些使用SIMD指令的代码片段，虽然还比较初级，但已经能感受到这种“一次操作，万千数据”的震撼。此外，书中还提及了GPU（Graphics Processing Unit）作为一种大规模并行处理器的重要性，它在图形渲染、深度学习等领域发挥着不可替代的作用。这让我对现代计算的发展趋势有了更清晰的认识。
评分读完《计算机系统结构教程》的这一部分，我感觉自己对计算机硬件的理解又上了一个台阶。之前，我对内存的认识仅仅停留在“越大越好”的层面，但这本书让我明白了内存层次结构的真正重要性。作者非常细致地讲解了寄存器、高速缓存（Cache）、主存（RAM）以及外存（硬盘）之间的层级关系，以及它们各自的速度、容量和成本上的差异。他通过生动的比喻，比如将寄存器比作CPU的“工作台”，Cache比作“临时文件架”，主存比作“书房”，外存比作“仓库”，让我非常直观地理解了数据在不同层次之间如何流动和存储，以及这种层次结构是如何通过利用“局部性原理”来大幅提升访问效率的。我尤其对书中关于缓存替换策略的讲解感到着迷，比如LRU（Least Recently Used）算法，让我明白了为什么“最近最少使用”的数据会被优先淘汰。这种精妙的设计，在保证高命中率的同时，也极大地降低了内存访问的延迟。我还学习到了虚拟内存的概念，这一点对我来说尤其新颖。我之前一直疑惑，为什么我们拥有的物理内存有限，却能运行如此多的程序。书中解释了虚拟内存如何通过页表机制，将物理内存和逻辑地址映射起来，有效地扩展了内存空间，并且提供了内存保护的功能。这种巧妙的抽象，是现代操作系统能够高效运行的关键之一。
评分老实说，我最开始拿到这本《计算机系统结构教程》的时候，心里还是有点打鼓的。毕竟“系统结构”这几个字听起来就透着一股子学术范儿，我担心会像大学里的某些课程一样，枯燥乏味，充斥着晦涩难懂的术语。然而，这本书从我翻开第一页的那一刻起，就彻底颠覆了我的认知。作者就像一位经验丰富的向导，带着我在计算机系统的奇妙世界里进行一次精彩的探险。他没有一开始就抛出一堆公式和定理，而是从计算机发展的历史娓娓道来，讲述了从早期的冯·诺依曼结构到现代多核处理器的演进过程。这种宏观的视角让我对整个计算机系统的演变有了更清晰的认识。然后，他开始逐层深入，从最基础的逻辑门电路讲起，逐步构建起更复杂的计算单元，最终汇聚成我们今天看到的强大CPU。我特别对其中关于并行处理的论述印象深刻，特别是多线程和多核的概念。书里详细解释了为什么单核处理器已经无法满足日益增长的计算需求，以及多核处理器是如何通过同时执行多个任务来大幅提升效率的。作者还花了很大的篇幅来讨论缓存一致性问题，这个话题之前我从未接触过，但读完后我才明白，在多核环境下，如何保证各个核心之间共享的数据是同步和一致的，是多么关键和复杂。这本书的逻辑非常严谨，而且语言也足够生动，让我能够一边阅读，一边在脑海中构建出计算机系统的立体模型。
评分我对《计算机系统结构教程》中关于指令级并行（Instruction-Level Parallelism, ILP）的探讨感到非常兴奋。我一直觉得，CPU的工作就像是流水线上的一道道工序，按照顺序执行指令。但这本书让我认识到，现代CPU远比我想象的要“聪明”得多。作者详细地介绍了各种提高ILP的技术，包括超标量（Superscalar）和乱序执行（Out-of-Order Execution）。我以前以为CPU必须严格按照程序的顺序来执行指令，但乱序执行让我大开眼界：CPU可以动态地检测指令之间的依赖关系，并在不影响最终结果的前提下，改变指令的执行顺序，以最大限度地利用CPU的执行单元。这就像一个高明的厨师，可以同时准备多个菜肴，根据每个菜肴的烹饪进度来调整自己的操作，而不是死板地一道一道来。书中还讲解了分支预测（Branch Prediction）技术，我知道程序中经常会有条件判断，而分支预测就是CPU在遇到条件判断时，根据历史信息来猜测哪个分支更有可能被执行，从而提前开始执行该分支的代码，以避免流水线停顿。虽然有时候猜测会出错，但整体上能显著提升性能。这些技术就像是CPU内部的“智慧”体现，让它能够在微观层面做出如此精妙的调度和优化。
评分在阅读《计算机系统结构教程》关于指令集架构（ISA）的部分时，我感觉自己就像是在学习一门新的编程语言。作者详细地介绍了不同ISA的设计理念，特别是RISC（Reduced Instruction Set Computer）和CISC（Complex Instruction Set Computer）的对比。我之前只模糊地知道它们的存在，但这本书让我真正理解了它们的内在区别。RISC指令集倾向于使用更简单、更通用的指令，每条指令的执行时间都比较短，但可能需要更多的指令来完成一个任务。而CISC指令集则包含许多功能更复杂、执行时间更长的指令，一条指令可能就能完成多个操作。书中分析了这两种架构在指令格式、寻址方式、寄存器数量等方面的差异，以及它们在性能、功耗、设计复杂度和编译器支持等方面的优劣。我尤其对作者提出的“性能不是由指令数量决定的，而是由指令的执行时间和总的指令数共同决定的”这一观点深有感触。这本书让我明白，选择哪种ISA，以及如何设计ISA，对于计算机系统的整体性能有着至关重要的影响。
评分《计算机系统结构教程》在讲解计算机系统性能评估方面，做得非常出色。我以前总是凭感觉去判断一个电脑好不好用，或者某个程序运行快不快，这本书让我认识到，对计算机性能进行科学、量化的评估有多么重要。作者详细介绍了各种性能指标，比如时钟频率、CPI（Cycles Per Instruction）、IPC（Instructions Per Cycle）、吞吐量（Throughput）和响应时间（Response Time）。我才明白，仅仅看时钟频率高并不一定代表性能就一定好，还需要结合CPI等因素来综合考量。书中还介绍了各种性能评估的基准测试（Benchmarks），比如SPEC，以及如何利用它们来公平地比较不同计算机系统的性能。我尤其对书中关于“性能墙”和“功耗墙”的讨论印象深刻。随着摩尔定律的放缓，仅仅依靠提高时钟频率和晶体管数量来提升性能已经变得越来越困难，如何通过更巧妙的体系结构设计来突破这些限制，是当前计算机系统研究的重要方向。这本书让我看到了性能优化的复杂性和挑战性。
评分这本书在讲解计算机体系结构时，并没有回避那些“硬核”的细节，而是以一种清晰且富有条理的方式呈现出来。我特别喜欢作者在讨论I/O系统时所采用的方法。我以前总觉得输入输出设备（如键盘、鼠标、显示器、硬盘等）离CPU很远，它们的工作方式也与CPU的处理方式截然不同。但是，通过这本书，我才了解到CPU是如何与这些外部设备进行交互的。作者详细介绍了各种I/O技术，包括轮询、中断和DMA（Direct Memory Access）这三种主要的I/O方式。对于中断机制，我有了更深刻的理解，知道了当外部设备需要CPU注意时，它会发送一个中断信号，CPU会暂停当前的工作，转而处理中断请求。而DMA则更是让我惊叹，它允许I/O设备在没有CPU直接干预的情况下，也能直接与内存进行数据传输，极大地解放了CPU的计算资源。书中还探讨了不同类型的I/O接口和总线，以及它们在数据传输速率和带宽上的差异。我甚至开始思考，为什么我的电脑在传输大量数据时（比如复制大文件），会感觉其他程序运行得比较慢，这可能就与I/O的瓶颈有关。这本书让我认识到，一个完整的计算机系统，不仅仅是CPU和内存的强大，I/O系统的效率同样至关重要，它们是一个有机整体。
评分这本《计算机系统结构教程》真是让我打开了新世界的大门！我一直对计算机如何运作充满好奇，但又觉得这方面的知识太过高深莫测，直到我翻开了这本书。作者用一种非常平易近人的方式，将那些复杂的概念娓娓道来。我尤其喜欢他对指令集架构（ISA）的讲解，那就像是计算机的“语言”，理解了它，就好像掌握了和计算机沟通的钥匙。他详细地分析了不同ISA的优缺点，比如RISC和CISC的区别，以及它们在性能、功耗和设计复杂度上的权衡。我以前总觉得CPU就是一个黑盒子，现在我明白了，它的每一个指令背后都有着精密的逻辑和设计。书中还深入探讨了流水线技术，让我第一次了解到CPU是如何通过并行处理来提升效率的。那些关于指令并行、数据依赖、控制依赖的讨论，虽然一开始有些烧脑，但随着我一点点地消化，豁然开朗的感觉真是太棒了。作者通过大量的图示和实例，将抽象的概念具象化，让我能够清晰地看到数据在CPU中的流动过程。我甚至开始尝试着去理解一些简单的汇编代码，虽然还达不到编写的程度，但至少能够读懂一些基础的指令了。这本书不仅仅是理论的堆砌，它还非常注重实践的指导，这一点我非常欣赏。我期待着在后续的章节中，能够更深入地学习到内存层次结构、I/O系统等内容，我相信这本书一定会继续给我带来惊喜。
评分很好的教材，应试必备。你要说照搬抄袭，至少读起来流畅，是加了理解的翻译。更何况，CS如果不是体系结构方向，也真不用学那么深，一本量化得耗去多少精力啊。此书足以，过段时间再看一遍…
评分比PPT清晰多了。。p.s.书中少了好多心灵鸡汤：）
评分感觉还不错啊，和csapp也差不多，总结梳理都挺清晰的。【当然这是在有老师讲解的情况下，自己看估计看不太下去。。
评分不错，虽然说总体上比英文的慢一拍，但作者的文笔很流畅，值得一读。 TP303/152
评分比PPT清晰多了。。p.s.书中少了好多心灵鸡汤：）
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 book.quotespace.org All Rights Reserved. 小美书屋 版权所有