" 計算機體繫結構是高等院校計算機專業本科生必修課，其地位和重要性表現為：計算機體繫結構是國家同等學力申請計算機科學與技術碩士學位學科綜合考試科目之一。全國碩士研究生入學考試計算機科學與技術學科聯考“計算機組成原理”部分的試題中有體繫結構方面的內容。 本書圍繞“研究軟硬件功能分配，以及如何很好、最合理地實現分配給硬件的功能”這個中心來講述，著重介紹基本概念、基本原理、基本結構和基本分析方法。課程力求反映出近幾十年來在體繫結構上的重要進展和現代計算機繫統的發展所采用的一些新技術，新等

●第1章計算機繫統結構的基本概念1
1.0學習指南1
1.1計算機繫統的多級層次結構2
1.2計算機繫統結構、組成和實現4
1.2.1計算機繫統結構、組成和實現的定義4
1.2.2計算機繫統結構、組成和實現的相互關繫6
1.3軟硬件取舍與計算機繫統的設計思路6
1.3.1軟硬件取舍的基本原則6
1.3.2計算機繫統的設計思路7
1.4計算機設計的量化準則8
1.4.1計算機繫統設計的定量原理8
1.4.2衡量計算機繫統性能的主要標準10
1.4.3計算機性能的比較12
1.4.4計算機繫統的性能評價14
1.5對繫統結構的影響因素15
1.5.1軟件對繫統結構的影響15
1.5.2器件和應用對繫統結構的影響17
1.6繫統結構中的並行性18
1.6.1並行性概念18
1.6.2並行處理繫統的結構與多機繫統的耦合度20
1.7計算機繫統的分類21
1.7.1Flynn分類法21
1.7.2其他分類法24
習題125
第2章數據表示與指令繫統28
2.0學習指南28
2.1數據表示29
2.1.1數據表示與數據結構29
2.1.2高級數據表示29
2.1.3引入數據表示的原則34
2.2尋址方式34
2.2.1尋址方式分析34
2.2.2間接尋址方式與變址尋址方式的比較36
2.2.3程序在主存中的定位技術38
2.2.4信息分布38
2.3指令繫統的設計和優化39
2.3.1指令操作碼的優化39
2.3.2指令字格式的優化43
2.4指令繫統的發展和改進44
2.4.1CISC和RISC44
2.4.2按CISC方向發展與改進指令繫統44
2.4.3按RISC方向發展與改進指令繫統45
2.4.4設計RISC的關鍵技術48
2.5典型的RISC處理器53
2.5.1ARM嵌入式處理器53
2.5.2MIPS嵌入式處理器55
2.5.3RISC-V開源指令集架構56
2.6RISC-V指令集57
2.6.1RISC-V寄存器使用規範57
2.6.2RISC-V的尋址方式58
2.6.3RISC-V的指令格式58
2.6.4RISC-V的基本整數指令集RV32I59
2.6.5RISC-V的乘法和除法指令集RV32M63
2.6.6RISC-V的浮點指令集RV32F和RV32D64
2.7Intel嵌入式處理器65
2.7.1Atom處理器65
2.7.2Quark處理器65
習題266
第3章輸入輸出繫統69
3.0學習指南69
3.1輸入輸出繫統概述69
3.2磁盤陣列70
3.2.1RAID簡介70
3.2.2RAID的分級71
3.3總線設計74
3.3.1總線特點74
3.3.2總線的數據寬度75
3.3.3總線定時控制75
3.3.4總線的集中仲裁方式76
3.3.5總線的分布仲裁方式78
3.4通道處理機79
3.4.1通道的作用和功能79
3.4.2通道工作過程81
3.4.3通道的類型82
3.4.4通道中的數據傳送過程84
3.4.5通道的流量分析85
習題388
第4章存儲體繫91
4.0學習指南91
4.1存儲體繫概念和並行存儲繫統92
4.1.1存儲體繫的引出92
4.1.2並行存儲繫統93
4.1.3存儲體繫定義和分支96
4.1.4存儲體繫的性能參數98
4.1.5雙口RAM102
4.2虛擬存儲繫統103
4.2.1虛擬存儲管理方式103
4.2.2頁式虛擬存儲繫統構成109
4.2.3頁式虛擬存儲繫統實現中的問題118
4.3高速緩衝存儲器122
4.3.1Cache存儲繫統基本結構123
4.3.2地址映像和變換124
4.3.3替換算法的實現132
4.3.4Cache的透明性及性能分析134
4.4Cache-主存-輔存三級層次138
4.5ARM存儲繫統139
習題4140
第5章流水線和向量處理機144
5.0學習指南144
5.1重疊方式145
5.1.1重疊原理和一次重疊145
5.1.2相關處理147
5.2流水方式151
5.2.1基本概念151
5.2.2流水線處理機的主要性能155
5.2.3流水線調度160
5.2.4流水機器的相關處理和控制機構164
5.3向量的流水處理與向量流水處理機167
5.3.1向量的流水處理167
5.3.2向量流水處理機169
5.4指令級高度並行的超級處理機171
5.4.1超標量處理機171
5.4.2超流水線處理機174
5.4.3超標量超流水線處理機178
5.4.4三種指令級並行處理機性能比較181
5.4.5超長指令字處理機182
5.5ARM流水線處理器舉例182
5.6RISC-V流水線處理器簡化設計184
5.6.1流水線數據通路的實現185
5.6.2流水線控制器的實現195
5.6.3流水線相關以及解決方式196
習題5202
第6章並行處理機和互連網絡206
6.0學習指南206
6.1並行處理機原理207
6.1.1並行處理機定義及特點207
6.1.2並行處理機的構形與特點207
6.2並行處理機的並行算法209
6.3互連網絡的基本概念215
6.3.1互連網絡的設計目標及互連函數215
6.3.2設計互連網絡時應考慮的問題217
6.4互連網絡的種類218
6.4.1靜態互連網絡218
6.4.2循環互連網絡220
6.4.3基本的單級互連網絡221
6.4.4多級互連網絡223
6.4.5全排列網絡228
6.5並行存儲器的無衝突訪問229
習題6231
第7章多處理機和多計算機233
7.0學習指南233
7.1多處理機概念234
7.1.1多處理機定義234
7.1.2多處理機分類234
7.1.3多處理機特點和主要技術問題235
7.2多處理機結構237
7.2.1共享存儲器結構237
7.2.2分布式存儲器結構242
7.2.3大規模並行處理機243
7.2.4機群244
7.3多核處理器249
7.3.1多核處理器定義與結構249
7.3.2Intel多核處理器251
7.3.3AMD多核處理器253
7.3.4ARM多核處理器254
7.4多處理機的多Cache一致性256
7.4.1存儲器一致性定義256
7.4.2多Cache一致性問題的產生256
7.4.3多Cache一致性問題的解決方法258
7.5多處理機的機間互連形式263
7.6程序並行性265
7.6.1並行算法265
7.6.2程序段間的相關性分析266
7.6.3並行程序設計語言267
7.7多處理機的性能268
7.7.1基本模型269
7.7.2N臺處理機繫統的基本模型270
7.8多處理機的操作繫統272
7.8.1主從型操作繫統272
7.8.2各自獨立型操作繫統273
7.8.3浮動型操作繫統273
習題7274
參考文獻276

本書繫統地講述計算機體繫結構的基本概念、基本原理、基本結構和基本分析方法，同時包含了RISC-V開源指令集架構、ARM公司RISC嵌入式處理器體繫結構和Intel公司嵌入式處理器以及多核處理器等新內容。全書共7章，分別講述計算機繫統結構的基本概念、數據表示與指令繫統、輸入輸出繫統、存儲體繫、流水線和向量處理機、並行處理機和互連網絡、多處理機和多計算機。本書內容簡明，通俗易懂，每章都附有學習指南和習題。本書可以作為高等學校計算機及相關專業的教材，也可以作為參加相關考試考生的參考用書。