計算機組成與體系結構 性能設計(原書第8版)pdf

2019年6月21日12:09:16 評論 52

計算機組成與體系結構 性能設計(原書第8版) 內容簡介

作者斯托林斯編著《計算機組成與體系結構性能設計》的目的是使讀者知曉當代計算機組成和體系結構的設計原理和實現考慮,并非單純地講述概念或理論。為此,本書選用了許多不同機器的例子來闡明和強化所提供的概念。

計算機組成與體系結構 性能設計(原書第8版) 目錄

前言

第0章 讀者指南

第一部分 概論

第1章 導論

第2章 計算機的演變和性能

第二部分 計算機系統

第3章 計算機功能和互連的頂層視圖

第4章 CACHE存儲器

第5章 內部存儲器

第6章 外部存儲器

第7章 輸入/輸出

第8章 操作系統支持

第三部分 中央處理器

第9章 計算機算術

第10章 指令集:特征和功能

第11章 指令集:尋址方式和指令格式

第12章 CPU結構和功能

第13章 精簡指令集計算機

第14章 指令級并行性和超標量處理器

第四部分 控制器

第15章 控制器操作

第16章 微程序控制

第五部分 并行組織

第17章 并行處理

第18章 多核計算機

附錄

術語表

參考文獻

計算機組成與體系結構 性能設計(原書第8版) 精彩文摘

1.1 計算機組成與體系結構

在描述計算機系統時,常常要區分計算機體系結構和計算機組成這兩個基本概念。雖然很難給出這兩個術語的精確定義,但對它們所涉及的領域存在著共識(見文獻[vRAN80]、[SIEW82]和[BELL38a]),一種有趣的可供選擇的觀點可參見文獻[REDD76]。

計算機體系結構是那些對程序員可見的系統屬性,換句話說,這些屬性直接影響到程序的邏輯執行。計算機組成是實現結構規范的操作單元及其相互連接。例如,體系結構的屬性包括指令集、用來表示各種數據類型(例如,數據、字符)的比特數、輸入輸出機制以及內存尋址技術。組成的屬性包括那些對程序員可見的硬件細節,如控制信號、計算機和外設的接口以及存儲器使用的技術。

例如,計算機是否有乘法指令是體系結構設計的問題。而這條指令是由特定的乘法單元實現,還是通過重復使用系統的加法單元來實現,則是組成的問題。組成基于乘法單元使用的預期頻度、兩種方案的相對速度以及特定乘法單元的成本和物理尺寸等因素。

無論是過去還是現在,了解體系結構與組成之間的差別都是很重要的。很多計算機制造商會提供系列機產品,它們有著相同的體系結構,但組成是不相同的,因此,同一系列中不同型號的計算機的價格和性能也不相同。進一步來說,一種特殊的體系結構可以存在多年,并且覆蓋多種不同的計算機型號,但它的組成則隨著技術的進步而不斷更新。這種現象的一個突出例子是IBMSystem/370體系結構,這種架構于1970年推出,包括多種型號。低需求的客戶可以購買較便宜、速度較慢的型號,如果今后要求提高了,可以升級到更貴的、速度更快的型號,而不必丟棄已經開發的軟件。近幾年,IBM通過改進技術推出了許多新型號來替代舊的型號,為用戶提供高速、低價或兩者兼備的產品。這些新型號保留了同樣的體系結構,因而保障了用戶的軟件資源。值得注意的是,System/370體系結構經過幾次增強,不但生存至今,而且仍是IBM的旗艦產品。

在被稱之為微計算機的一類計算機系統中,體系結構和組成的關系非常緊密。技術的更新不僅影響了計算機的組成,而且還導致了更強大和更復雜的體系結構。通常,越小的機器,新舊兩代之間的兼容性要求越少,因此組成和體系結構設計決策的關系就更加緊密。關于它的一個有趣的例子就是精簡指令集計算機(RISC),本書將在第13章進行深入的討論。

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