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第1章 计算机体系结构基础1

1.1 计算机体系结构的基本概念1

1.1.1 多级层次结构1

1.1.2 体系结构、组成和实现之间的关系3

1.1.3 计算机体系结构的设计方法5

1.1.4 软件、应用、器件对体系结构的影响8

1.1.5 计算机系统的分类10

1.2 指令与寻址13

1.2.1 数据表示13

1.2.2 寻址方式17

1.2.3 指令系统的优化19

1.2.4 精简指令系统计算机23

1.3 输入输出系统26

1.3.1 输入输出原理26

1.3.2 中断系统28

1.3.3 通道处理机31

1.4 存储体系37

1.4.1 存储系统的分析37

1.4.2 虚拟存储系统39

1.4.3 Cache存储系统46

第2章 流水处理技术57

2.1 一次重叠57

2.2 先行控制58

2.3 流水技术原理60

2.4 流水线的分类64

2.5 流水线相关及其处理方法66

2.5.1 数据相关及处理方法66

2.5.2 控制相关及处理方法72

2.6 流水线调度75

2.6.1 指令序列重排75

2.6.2 非线性流水线调度77

2.7 超标量流水处理机79

2.7.1 基本原理79

2.7.2 指令发射策略81

2.7.3 资源冲突84

2.7.4 Pentium处理器的指令流水线86

2.8 超流水线处理机87

2.8.1 基本原理87

2.8.2 MIPS R4000处理机88

2.9 超标量超流水处理机89

2.10 超长指令字处理机89

第3章 SIMD计算机93

3.1 互连网络的基本概念93

3.2 单级互连网络94

3.2.1 n－立方体互连网络94

3.2.2 PM2I互连网络95

3.2.3 混洗交换互连网络96

3.2.4 蝶式互连网络97

3.3 多级互连网络97

3.3.1 多级立方体网络99

3.3.2 Omega网络101

3.3.3 基准网络102

3.3.4 多级PM2I互连网络102

3.3.5 Benes网络103

3.3.6 Clos网络105

3.4 互连网络的消息传送106

3.4.1 消息格式和寻径方式106

3.4.2 死锁的产生和规避108

3.4.3 流量控制策略110

3.4.4 寻径方法111

3.4.5 选播和广播寻径118

3.5 SIMD计算机的结构和并行算法120

3.5.1 阵列处理机的基本结构120

3.5.2 阵列处理机的并行算法122

第4章 MIMD计算机125

4.1 多处理机系统概述125

4.1.1 多处理机系统模型126

4.1.2 多处理机系统的特点129

4.1.3 多处理机系统的分类131

4.2 多处理机的Cache一致性133

4.2.1 Cache的一致性问题133

4.2.2 解决Cache的一致性问题的对策134

4.3 多处理机系统139

4.3.1 大型并行处理机139

4.3.2 共享存储型多处理机系统140

4.3.3 容错型计算机系统142

4.3.4 机群计算机系统143

4.3.5 基于Internet的计算平台160

第5章 非冯·诺依曼计算机系统165

5.1 数据流计算机165

5.1.1 数据驱动原理165

5.1.2 数据流程序图和数据流语言167

5.1.3 数据流计算机模型172

5.1.4 静态数据流计算机结构174

5.1.5 动态数据流计算机结构180

5.1.6 数据流计算机设计中要解决的问题184

5.2 归约机的基本概念184

5.2.1 归约方式184

5.2.2 函数式语言与归约机结构186

5.2.3 串归约机188

5.2.4 图归约机189

第6章 嵌入式计算机系统193

6.1 嵌入式系统简介193

6.1.1 嵌入式系统的概念194

6.1.2 嵌入式系统设计应具备的技能195

6.1.3 嵌入式系统的组成、分类与组特点198

6.1.4 嵌入式系统的发展趋势200

6.1.5 影响未来的若干软件新技术201

6.2 嵌入式系统的开发过程202

6.2.1 需求分析203

6.2.2 体系结构设计阶段204

6.2.3 详细设计阶段206

6.2.4 系统集成阶段208

6.2.5 测试阶段210

6.3 嵌入式系统硬件子系统的组成213

6.3.1 嵌入式系统处理器的选择214

6.3.2 嵌入式系统存储器的选择215

6.3.3 处理器、存储器与I/O设备接口218

6.3.4 ARM技术219

6.4 嵌入式软件结构和组成222

6.4.1 软件移植的概念223

6.4.2 常用的嵌入式操作系统225

6.4.3 嵌入式Linux226

6.5 嵌入式网络233

6.5.1 分布式嵌入式系统235

6.5.2 基于网络的设计235

6.5.3 在嵌入式系统中支持TCP协议236

第7章 SoC系统239

7.1 SoC设计概述239

7.1.1 SoC的硬件结构和软件特征240

7.1.2 SoC的层次结构241

7.1.3 SoC的开发流程242

7.2 可重用设计244

7.2.1 IP核的概念245

7.2.2 硬核的设计和使用246

7.2.3 软核的设计和使用247

7.3 片上总线247

7.3.1 片上总线接口标准248

7.3.2 AMBA总线结构249

7.3.3 Avalon总线结构250

7.3.4 Wishbone总线结构251

7.3.5 CoreConnect总线结构252

7.3.6 OCP总线结构253

7.4 软硬件协同设计254

7.4.1 协同设计的概念254

7.4.2 事务级建模255

7.4.3 系统级描述语言SystemC258

7.5 基于平台的设计261

7.5.1 平台的分类261

7.5.2 平台中的处理器核262

7.5.3 C * SOC仿真验证平台262

7.6 多处理器SoC264

7.6.1 多处理器SoC的结构265

7.6.2 片上网络267

7.6.3 MPSoC的设计流程268

第8章 片上多处理器271

8.1 CMP概述271

8.1.1 CMP研究系统272

8.1.2 商用CMP274

8.1.3 CMP设计的关键问题279

8.2 Cache一致性协议280

8.2.1 监听、目录和Token协议280

8.2.2 Cache一致性协议设计282

8.3 存储一致性284

8.3.1 严格一致性与顺序一致性284

8.3.2 弱一致性284

8.3.3 释放一致性285

8.3.4 其他一致性模型285

8.4 高速片上互连网络285

8.4.1 NoC体系结构286

8.4.2 现有NoC系统288

8.5 多线程同步机制289

8.5.1 基于锁的同步机制289

8.5.2 事务型内存291

附录A 国外高校嵌入式系统课程的体系结构举例301

A.1 美国科罗拉多州立大学“嵌入式系统认证”课程目录（Embedded Systems Certificate）嵌入式系统需求（The Demand for Embedded Systems）301

A.2 华盛顿大学嵌入式系统课程大纲302

参考文献305