本书系统地介绍了计算机的基本组成原理和内部工作机制，以及计算机体系结构的基本概念、结构和分析方法。全书共9章，主要内容包括计算机系统概述、数据的机器层次表示、指令系统、运算方法和运算器、主存储器、存储系统设计、中央处理器、总线与输入输出系统，以及并行体系结构等。本书内容由浅入深，通俗易懂，每章都附有学习指南和习题，便于学生巩固课堂所学。
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内容简介
本书结构框架合理、实例丰富，系统介绍了计算机系统结构基础及工程实现的方法，力求帮助读者建立必要的理论体系和技术基础，能够以量化方式评价和分析现有计算机系统、部件的性能。
全书共10章，主要内容包括计算机系统结构概述、计算机指令集、指令流水线、指令级并行处理、内存系统、外存系统、数据级并行、多处理器、数据中心、专用加速器。
本书语言简练、可读性好，既可作为高等院校计算机及相关专业教材，也可作为计算机系统结构相关科技人员的参考书。
章节目录
- 第1 章 计算机系统结构概述
- 1.1 计算机系统
- 1.1.1 现代计算机起源和发展过程
- 1.1.2 通用计算机系统结构
- 1.1.3 计算机系统类型
- 1.1.4 处理器发展趋势
- 1.1.5 关键部件发展
- 1.2 计算机系统结构
- 1.2.1 计算机系统结构定义
- 1.2.2 计算机系统结构范畴
- 1.2.3 计算机系统结构并行分类
- 1.3 计算机系统评价指标
- 1.3.1 性能指标
- 1.3.2 能耗和功率
- 1.3.3 成本和价格
- 1.3.4 可靠性
- 1.4 计算机系统设计原则
- 1.4.1 设计原则
- 1.4.2 Amdahl 定律
- 1.4.3 处理器性能公式（Iron 定律）
- 1.5 计算机系统性能评价
- 1.5.1 性能测量方法
- 1.5.2 性能综合评价方法
- 本章附录
- 习 题
- 第2 章 计算机指令集
- 2.1 计算机指令集
- 2.1.1 计算机指令集概述
- 2.1.2 指令集体系架构
- 2.1.3 指令集数据存取模式
- 2.2 编址和寻址方式
- 2.2.1 内存编址
- 2.2.2 寻址方式
- 2.2.3 操作数的数据类型
- 2.3 指令类型及格式
- 2.3.1 指令类型
- 2.3.2 控制流指令
- 2.3.3 指令格式
- 2.4 编译器及扩展指令集
- 2.4.1 编译器架构
- 2.4.2 编译优化
- 2.4.3 多媒体指令
- 2.4.4 扩展指令集
- 2.5 RISC-V 指令集
- 2.6 龙芯指令集
- 本章附录
- 习 题
- 第3 章 指令流水线
- 3.1 指令集实现
- 3.1.1 基本逻辑电路
- 3.1.2 处理器单周期实现
- 3.2 指令流水线
- 3.2.1 流水线概念
- 3.2.2 RISC-V 流水线
- 3.2.3 流水线基本性能
- 3.3 流水线冲突
- 3.3.1 带停顿流水线性能
- 3.3.2 结构冲突
- 3.3.3 数据冲突
- 3.3.4 分支冲突
- 3.3.5 分支预测
- 3.4 流水线实现
- 3.4.1 RISC-V 流水线控制
- 3.4.2 异常处理
- 本章附录
- 习 题
- 第4 章 指令级并行处理
- 4.1 指令级并行概念
- 4.2 静态指令调度
- 4.2.1 基本流水线调度和循环展开
- 4.2.2 编译器静态指令调度原则
- 4.3 动态指令调度
- 4.3.1 指令动态调度思想
- 4.3.2 Tomasulo 动态调度机制
- 4.4 高级动态分支预测
- 4.5 多线程
- 4.5.1 多线程技术
- 4.5.2 同时多线程超标量处理器
- 4.6 华为TaiShan 处理器
- 本章附录
- 习 题
- 第5 章 内存系统
- 5.1 内存系统概述
- 5.1.1 存储层次结构
- 5.1.2 内存主要类型
- 5.2 Cache 机制
- 5.2.1 缓存组织
- 5.2.2 缓存性能
- 5.3 Cache 优化
- 5.3.1 降低缺失率
- 5.3.2 降低缺失开销
- 5.3.3 缩短命中时间
- 5.4 虚拟内存
- 5.4.1 存储层次结构
- 5.4.2 快速地址变换
- 5.4.3 页大小
- 本章附录
- 习 题
- 第6 章 外存系统
- 6.1 外存系统
- 6.1.1 存储层次
- 6.1.2 主流存储设备
- 6.2 输入/输出系统
- 6.2.1 I/O 硬件结构
- 6.2.2 I/O 控制过程
- 6.2.3 I/O 处理模式
- 6.2.4 I/O 性能
- 6.3 存储可靠性
- 6.3.1 可靠性
- 6.3.2 部件串并联系统的可靠性评估
- 6.4 磁盘阵列
- 6.4.1 RAID 概念
- 6.4.2 RAID 级别
- 6.5 存储系统结构
- 6.5.1 存储处理架构
- 6.5.2 本地存储
- 6.5.3 网络存储系统
- 6.5.4 存储I/O 路径分析
- 本章附录
- 习 题
- 第7 章 数据级并行
- 7.1 数据级并行
- 7.2 向量处理器
- 7.2.1 向量指令集体系结构
- 7.2.2 向量处理器工作方式
- 7.2.3 多车道
- 7.2.4 处理变长向量
- 7.2.5 处理分支向量
- 7.2.6 高带宽内存组
- 7.3 SIMD 指令集
- 7.4 图形处理单元
- 7.4.1 GPU 编程模型
- 7.4.2 GPU 计算结构
- 7.4.3 向量体系结构、多媒体扩展指令集和GPU 的异同
- 7.5 昇腾处理器
- 7.5.1 昇腾处理器结构
- 7.5.2 昇腾910
- 本章附录
- 习 题
- 第8 章 多处理器
- 8.1 多处理器概念
- 8.1.1 多处理器系统结构
- 8.1.2 并行处理的挑战
- 8.2 互连网络
- 8.2.1 互连网络概念
- 8.2.2 互连网络结构
- 8.3 缓存一致性
- 8.3.1 缓存一致性概念
- 8.3.2 监听一致性协议
- 8.4 同步
- 8.4.1 同步原语
- 8.4.2 自旋锁
- 8.5 存储顺序一致性
- 本章附录
- 习 题
- 第9 章 数据中心
- 9.1 数据中心概述
- 9.1.1 数据中心的先驱
- 9.1.2 数据中心的出现
- 9.2 数据中心的工作负载
- 9.3 数据中心的计算机体系结构
- 9.3.1 数据中心外存
- 9.3.2 数据中心存储层次结构
- 9.4 数据中心的效率与成本
- 9.4.1 测量数据中心的效率
- 9.4.2 数据中心的成本
- 本章附录
- 习 题
- 第10 章 专用加速器
- 10.1 专用领域计算加速
- 10.1.1 专用领域计算加速概念
- 10.1.2 专用领域加速器
- 10.2 深度神经网络加速
- 10.2.1 深度神经网络
- 10.2.2 常见神经网络
- 10.3 寒武纪神经网络处理器
- 10.3.1 寒武纪处理器结构
- 10.3.2 寒武纪处理器指令集
- 10.3.3 向量/矩阵指令
- 10.4 达芬奇专用处理架构
- 10.4.1 达芬奇架构
- 10.4.2 达芬奇存储系统
- 10.4.3 达芬奇数据通路
- 10.4.4 达芬奇控制单元
- 本章附录
- 习 题
- 参考文献
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计算机系统结构（微课版）是2024年由人民邮电出版社出版,作者曹强。
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