(第2版)计算机组成和设计：硬件/软件接口

美国加州大学伯克利分校计算机系Patterson教授和斯坦福大学计算机系Hennessy教授是现今计算机设计领域非常受人尊敬的学者和开创者。John Hennessy精通硬件/软件，是具有传奇色彩的MIPS编译器和几代MIPS硬件产品的技术上的领导者。David Patterson是RISC最初提倡者之一。他创造了RISC一词，定义了RISC的含义，是Sun公司SPARC处理器的主要顾问。他提出了RAID（廉价磁盘冗余阵列），带来了为大量数据服务器提供磁盘存储的工业的革命，并且又提出了NOW(工作站网络)的概念。该书是他们对计算机组织研究和实践的全面而系统的总结。目前，世界上很多大学的计算机原理课程采用这本教材。国内也有大学采用这本教材的英文版。 与同类著作相比，这本书具有结构清晰完整，系统性强、内容新颖，行文深入浅出，可读性好的特点。特别值得提出的是，这本书讲授计算机组织的基本概念和基础。更重要的是，本书提供了计算机组织的设计和基本框架使读者能够继续学习的必要知识，从而可以保持在这一领域的前沿位置。这是一本能使读者在较短时间内全面了解、熟悉和掌握当代计算机系统发展主流技术和最新成就的优秀教材和专业参考书。 本书是计算机及相关专业本科和研究生的经典教材。

译者序 序言 前言 计算机组织和在线设计 第1章计算机概念和技术 1.1引言 1.2程序内部 1.3内部的硬件 1.3.1鼠标 1.3.2显示器 1.3.3打开机箱 1.3.4数据的安全 1.3.5与其他计算机通信 1.4集成电路：推动创新 1.5实例：制造Pentium芯片 1.6谬误和陷阱 1.7结论 1.8历史回顾和参考文献 1.8.1第一台电子计算机 1.8.2商业发展 1.8.3各代计算机 1.8.4参考文献 1.9重要术语 1.10习题 第2章性能评价 2.1引言 2.2性能测量 2.3各种性能指标之间的关系 2.4选择性能评价程序 2.5性能比较与综合评价 2.6实例：新型处理器的SPEC95基准程序及性能评价 2.7谬误和陷阱 2.8结论 2.9历史回顾和参考文献 2.9.1MIPS.MOPS以及FLOPS 2.9.2早期综合性基准程序及核心基准程序的问题 2.9.3将简单程序用于基准测试的问题 2.9.4综合评价是不可靠的 2.9.5SPEC基准程序集的性能 2.9.6参考文献 2.10重要术语 2.11习题 第3章指令：机器的语言 3.1引言 3.2计算机硬件的操作 3.3计算机硬件的操作数 3.4指令的计算机内部表示 3.5决策指令 3.5.1循环 3.5.2case和switch语句 3.6计算机硬件对过程的支持 3.6.1使用更多的寄存器 3.6.2嵌套过程 3.6.3为新数据分配空间 3.7数字以外 3.8MIPS的其他寻址方式 3.8.1常数或立即数 3.8.2分支和跳转指令的寻址 3.8.3MIPS寻址方式小结 3.8.4机器语言的解码 3.9启动程序 3.9.1编译器 3.9.2汇编程序 3.9.3链接程序 3.9.4加载程序 3.10一个完整的例子 3.10.1swap过程 3.10.2sort过程 3.11数组与指针 3.11.1clear的数组版 3.11.2clear的指针版 3.11.3比较clear的两个版本 3.12实例：PowerPC和80x86指令 3.12.1IBM／MotorolaPowerPC 3.12.2Intel80x86 3.13谬误和陷阱 3.14结论 3.15历史回顾和参考文献 3.15.1累加器体系结构 3.15.2通用寄存器体系结构 3.15.3紧凑代码和堆栈体系结构 3.15.4高级语言计算机体系结构 3.15.5精简指令集计算机体系结构 3.15.680x86简史 3.15.7参考文献 3.16重要术语 3.17习题 第4章计算机的算术运算 4.1引言 4.2带符号数与无符号数 4.3加法与减法 4.4逻辑运算 4.5构造算术逻辑单元 4.5.11位ALU 4.5.232位ALU 4.5.3MIPS的32位ALU 4.5.4超前进位 4.6乘法 4.6.1第一种乘法算法及其硬件实现 4.6.2第二种乘法算法及其硬件实现 4.6.3第三种乘法算法及其硬件实现 4.6.4带符号数乘法 4.6.5布斯算法 4.6.6MIPS中的乘法运算 4.6.7小结 4.7除法 4.7.1第一种除法算法及其硬件实现 4.7.2第二种除法算法及其硬件实现 4.7.3第三种除法算法及其硬件实现 4.7.4带符号数除法 4.7.5MIPS中的除法运算 4.7.6小结 4.8浮点运算 4.8.1浮点数表示方法 4.8.2浮点数加法 4.8.3浮点数乘法 4.8.4MIPS的浮点指令 4.8.5精确的算术运算 4.8.6小结 4.9实例：PowerPC和80x86中的浮点部件 4.9.1PowerPC的乘累加指令 4.9.280x86的浮点体系结构 4.10谬误和陷阱 4.11结论 4.12历史回顾和参考文献 4.12.1有关浮点运算的第一场争论 4.12.2浮点运算的差异性与可移植性 4.12.3新不如旧 4.12.4专家的烦恼 4.12.5浮点运算的不断完善 4.12.6最早采用IEEE754标准的芯片 4.12.7IEEE754标准现状 4.12.8参考文献 4.13重要术语 4.14习题 第5章处理器：数据通路及其控制 5.1引言 5.1.1实现方式概述 5.1.2逻辑设计规则和时钟 5.1.3MIPS子集的实现 5.2数据通路的建立 5.3简单实现方案 5.3.1创建一个简单的数据通路 5.3.2ALU控制 5.3.3主控制单元的设计 5.3.4为什么不使用单周期实现方式 5.4多周期实现方案 5.4.1将指令的执行分到各个时钟周期 5.4.2定义控制 5.5微程序设计：简化控制设计 5.5.1微指令格式的定义 5.5.2微程序的创建 5.5.3微程序的实现 5.6异常 5.6.1异常的处理 5.6.2控制异常检测 5.7实例：PentiumPro的实现方法 5.7.1实现更复杂的体系结构的挑战 5.7.2PentiumPro的实现结构 5.8谬误和陷阱 5.9结论 5.10历史回顾和参考文献 5.10.1参考文献 5.11重要术语 5.12习题 第6章利用流水线提高性能 6.1流水线概述 6.1.1设计流水线指令集 6.1.2流水线冒险 6.1.3小结 6.2流水线数据通路 6.3流水线控制 6.4数据冒险与转发 6.5数据冒险与阻塞 6.6分支冒险 6.6.1假定分支不发生 6.6.2缩短分支延迟 6.6.3动态分支预测 6.6.4流水线小结 6.7异常 6.8超标量和动态流水线 6.8.1超标量MIPS 6.8.2动态流水线调度 6.9实例：PowerPC604和PentiumPro的流水线 6.10谬误和陷阱 6.11结论 6.12历史回顾和参考文献 6.12.1参考文献 6.13重要术语 6.14习题 第7章存储器层次结构 7.1引言 7.2Cache基础知识 7.2.1访问Cache 7.2.2Cache缺失处理 7.2.3Cache实例：DECStation3100 7.2.4利用空间局部性的优点 7.2.5设计支持Cache的存储器系统 7.2.6小结 7.3Cache性能的评估和提高 7.3.1通过更灵活的块定位方式来减少Cache缺失 7.3.2在Cache中进行块寻址 7.3.3替换块的选择 7.3.4减少多级Cache的缺失损失 7.3.5小结 7.4虚拟存储器 7.4.1页存放和查找 7.4.2缺页 7.4.3关于写的情况 7.4.4加快地址变换：TLB 7.4.5集成虚拟存储器.TLB和Cache 7.4.6用虚拟存储器实现保护 7.4.7处理缺页和TLB缺失 7.4.8小结 7.5存储器层次结构的一般框架 7.5.1问题1：块被放置到何处 7.5.2问题2：如何找到块 7.5.3问题3：Cache缺失时替换哪一块 7.5.4问题4：写操作怎么办 7.5.5三C：一种理解存储器层次结构行为的直观模型 7.6实例：PentiumPro和PowerPC604的存储器层次结构 7.6.1减少缺失损失的附加技术 7.6.2PentiumPro和PowerPC604的存储器层次结构 7.7谬误和陷阱 7.8结论 7.9历史回顾和参考文献 7.9.1存储器层次结构的发展 7.9.2保护机制 7.9.3参考文献 7.10重要术语 7.11习题 第8章输入输出系统 8.1引言 8.2I／O性能指标：有关磁盘和文件系统的例子 8.2.1超级计算机I／O标准 8.2.2事务处理I／O标准 8.2.3文件系统I／O标准 8.3I／O设备的种类和特性 8.3.1鼠标 8.3.2磁盘 8.3.3网络 8.4总结：把I／O设备连接到处理器和存储器 8.4.1总线类型 8.4.2同步和异步总线 8.4.3提高总线带宽 8.4.4获得总线访问权 8.4.5总线仲裁 8.4.6总线标准 8.5将I／O设备连接到存储器.处理器和操作系统 8.5.1向I／O设备发出指令 8.5.2与处理器通信 8.5.3在设备和存储器之间传输数据 8.5.4直接存储器访问和存储器系统 8.6设计I／O系统 8.?实例：一个典型的桌面I／O系统 8.8谬误和陷阱 8.9结论 8.10历史回顾和参考文献 8.10.1参考文献 8.11重要术语 8.12习题 第9章多处理器 9.1引言 9.2多处理器编程 9.3用单一总线连接的多处理器 9.3.1多处理器的Cache一致性 9.3.2Cache一致性协议实例 9.3.3使用一致性同步 9.4通过网络连接的多处理器 9.5机群 9.6网络拓扑结构 9.7实例：多处理器的未来发展趋势 9.7.1大规模并行处理器的情况 9.7.2大规模并行 9.8谬误和陷阱 9.9结论：计算机体系结构的改良与变革 9.10历史回顾和参考文献 9.10.1单指令多数据计算机 9.10.2向量计算机 9.10.3多指令多数据计算机 9.10.4参考文献 9.11重要术语 9.12习题 附录A汇编程序.链接程序和SPIM模拟器 A.1引言 A.2汇编程序 A.3链接程序 A.4装载 A.5内存的使用 A.6过程调用协议 A.7异常和中断 A.8输入输出 A.9SPIM A.10MIPSR2000汇编语言 A.11结论 A.12重要术语 A.13习题 附录B逻辑设计基础 B.1引言 B.2门电路.真值表和逻辑等效电路 B.3组合逻辑 B.4时钟信号 B.5存储单元 B.6有限状态机 B.7时钟控制原理 B.8结论 B.9重要术语 B.10习题 附录C控制器的硬件实现 C.1引言