本書是國家精品課程主講教材《計算機體系結構》的配套教學用書。各章包括教學指南、主要內容、典型題目解析、習題及習題解答4個部分。教學指南對每一章學習內容進行總結，理清學習的重點、要點、難點和范圍。主要內容包括每一章的基本理論、基本概念、基本公式、基本方法等內容摘要，對每一章的主要內容進行總結，檢查每一章基本內容的掌握情況。例題對課程中的典型習題進行指導性分析，重在題目類型、解題方法、解題思路和解題要點，學生也可以根據這一部分的內容對照檢查自己的學習情況，檢查自己計算機系統結構的解題能力。 本書是教師講授“計算機體系結構”課程的教學參考書，也可以作為學生學習本課程的參考用書。
本書由國防科技大學“計算機體系結構”課程教學團隊編著而成，該課程是國內首批的國家精品課程。本書與《計算機體系結構（第2版）》和《計算機體系結構實驗（第2版）》3本配套教材同時被評為“十二五”普通高等教育*規劃教材，也是國家精品課程配套教材。該教材體現了作者多年來在國防科技大學從事計算機體系結構課程教學和科研的豐富積累。本書內容新穎、充實，結構清晰、完整，文字通俗、簡潔。各章按教學指南、主要內容、例題、習題及參考答案4個部分。教學指南對每一章學習內容進行總結，理清學習的重點、要點、難點和范圍。主要內容包括每一章的基本理論、基本概念、基本公式、基本方法等內容摘要，對每一章的主要內容進行總結，檢查每一章基本內容的掌握情況。例題對課程中的典型習題進行指導性分析，重在題目類型、解題方法、解題思路和解題要點，學生也可以根據這一部分的內容對照檢查自己的學習情況，檢查自己計算機系統結構的解題能力�？傊�，該教材內容先進、結構嚴謹、重點突出、語言流暢、通俗易懂、難度適中，系統性、完整性和嚴謹性好，理論與實踐緊密結合，強化系統能力、實踐能力培養，配套的教學資源豐富，便于教師講授和學生學習。該教材是多年教學改革研究的成果，在全國高校的課程改革與建設中發揮了很好的輻射作用。 l 國內*門計算機體系結構國家精品課的教學和習題指導教材，充分結合了作者在國防科學技術大學計算機學院多年的教學經驗和科研成果。l 本書作為計算機體系結構的配套教學用書，各章按教學指南、主要內容、例題、習題及參考答案4個部分組織。l 內容的可讀性好，語言簡練，深入淺出，通俗易懂。l 適合作為高校計算機專業教師、本科生及研究生計算機體系結構課程的教材。 教學資源：l 《計算機體系結構（第2版）》：本書是國家精品課程“計算機體系結構”的指定教材，同時也是高等學校計算機專業本科生及研究生計算機體系結構課程的通用教材。在內容的選擇上，本書重點論述了現代大多數計算機都采用的比較成熟的思想、結構和方法等。同時借鑒了國際上公認的計算機系統結構高水平教材。l PPT電子課件：主教材配套的PPT電子講稿可在清華大學出版社網站下載。l 《計算機體系結構實驗》：考慮到完成實驗的工作量，我們選擇32位DLX結構的處理器作為實驗對象，因為DLX指令系統具有規整、簡潔等優點，且具有開源的模擬器和編譯器等軟件工具供大家使用。除了包含流水線、指令級并行、cache等經典實驗內容外，本書還特別面向指令集的設計與優化專門設計了實驗。 本書是學習“計算機體系結構”課程的優秀教材，配套教學資源豐富。本書的PPT電子課件、實驗模擬程序等，可到清華大學出版社官網下載。
本書是與王志英主編的“國家精品課程教材”中的《計算機體系結構》(主教材)一書完全配套的教師參考用書，也可以作為計算機科學與技術專業本科生、研究生和相關專業學生學習計算機體系結構課程的參考用書。“計算機體系結構”是計算機科學與技術學科的一個重要方向，是重要的計算機專業課程，主要討論計算機系統設計技術，涉及較多的計算機專業知識。在計算機科學與技術學科中，計算機體系結構是一個理論性和實踐性很強的研究方向，由于多種原因，無論本科生還是研究生都認為學習的難度較大，不易掌握。本書根據作者數十年從事“計算機體系結構”領域的科研和本科生、研究生課程的教學經驗和體會整理編寫而成，也是國防科大計算機學院計算機體系結構教學小組多年教學的工作總結，是集體智慧的結晶，以滿足講授“計算機體系結構”課程教師的需要。本書的使用將有助于教師對主教材的理解和運用，對于改進教學方法，提高教學質量都有著積極的意義。為了便于學習，書中每一章都按教學指南、主要內容、典型題目解析、習題及習題解答四個部分進行組織。作為第2版，本書在內容上依據主教材的變化，進行了更新和增加。考慮到本書的主要讀者對象應該是講授“計算機體系結構”課程的教師和學習相應課程的學生，所以在本書每一章的最后一節給出了主教材中全部習題的詳細解答，以供講授、輔導和練習時參考。要注意的是，有些習題的答案并不唯一，設計也不一定最優，讀者可以根據解題思路自己解答，不要受到參考答案的限制和束縛�！坝嬎銠C體系結構”課程的教材在國內已經出版有多種，近年來也出現了一些面向學生的學習指導用書，但目前還沒有見到有針對主講和輔導教師編寫的教師用書面世，本書的出版可以說是填補了一個空白，相信它會為廣大講授該課程的教師提供有益的幫助。還需要特別指出的是，學生在使用本書的過程中，我們不提倡僅僅簡單地查閱這一部分的內容，核實自己練習的正確性，而是要給自己留下一個獨立思考的空間。其實是否給學生提供習題的詳細解答，一直是教育界頗有爭議的問題，除了考慮培養學生獨立思考的因素，如何保持練習題的生命周期也是教師們經�？紤]的一個因素，因為設計一套較滿意的習題是非常消耗精力的工作，而一旦公布習題詳細解答，將導致練習題的生命周期縮短。由于時間的原因以及個人的水平限制，書中難免有不妥之處，歡迎同行專家學者和廣大讀者批評指正。如有問題可直接與作者郵箱聯系： cyzhang@nudt.edu.cn。
作者2016年5月于長沙國防科技大學
張春元 1996年在國防科學技術大學計算機系獲工學博士學位，現任國防科學技術大學計算機學院教授，博士生導師，享有國務院頒發的政府特殊津貼。長期從事計算機體系結構、計算機應用等科研和教學工作。主持國家自然科學基金、國家自然科學基金重點項目、國家863高技術研究項目、國家973安全重大基礎研究項目、國家重點型號項目及企業合作等20多項，發表科研論文100余篇，出版學術專著2部，已獲授權專利10項。主講過10多門本科生和研究生課程，是國家精品課程“計算機體系結構”主講人之一，撰寫教材3本，其中《計算機體系結構》獲得“2002年全國普通高等學校優秀教材二等獎”，發表教學研究文章10余篇，主編出版有《學位與研究生教育信息管理實踐與探索》。獲得國家科技進步二等獎1次，省部級科技進步獎多次，國家教學成果二等獎1次，省部級教學成果獎多次。
羅 莉 1997年在國防科學技術大學計算機系獲工學博士學位�，F任國防科學技術大學計算機學院教授、碩士生導師，國家精品課程“計算機體系結構”和“計算機原理”主講人之一。國防科學技術大學計算機學院高性能計算機創新團隊的核心成員，該團隊獲“軍隊首屆科技創新群體獎”。中國計算機學會會員，主要研究方向包括高性能微處理器體系結構、SOC設計技術等，作為項目負責人和主要完成人參加國家自然科學基金、國家863高技術項目、國家973安全重大基礎研究項目、國家重點型號項目等20余項。近五年發表論文40余篇，參與撰寫教材三本，獲軍隊科技進步一等獎2次、二等獎2次、三等獎2次，獲國家授權專利3項。
肖曉強 2000年在國防科學技術大學計算機學院獲得博士學位�，F任國防科學技術大學計算機學院教授、碩士研究生導師，計算機學院計算機教學實驗中心主任，軍隊專業技術三類崗位津貼獲得者，軍隊育才獎銀獎獲得者，“計算機學報”、“計算機研究與發展”等多個期刊的審稿人。國家精品課程“計算機體系結構”和“計算機原理”主講人之一，先后為本科生主講了“大學計算機基礎”、“計算機原理與設計”、“微型計算機原理”、“計算機體系結構”、“嵌入式系統課程設計”等8門本科課程，為研究生主講了“系統模型與模擬”課程。已編寫出版了《計算機原理與設計》和《計算機體系結構》等本科教材和3部教學輔導書。主要從事無線網絡與移動計算、網絡可靠性分析以及計算機仿真等方面的科研工作，在車載網絡、網絡性能參數測量、可靠性分析以及計算機建模與仿真等方面有較深入的研究。主持國家自然科學基金項目1項，參與多項科研項目，取得了多項研究成果，獲軍隊科技進步二等獎、三等獎各1次。近年來，在國際會議、國內期刊發表論文10余篇，教學研究論文10余篇。
目錄
第1章計算機體系結構的概念/11.1教學指南/11.2主要內容/11.2.1計算機體系結構的概念/21.2.2計算機體系結構的發展/71.2.3計算機系統設計和分析/141.2.4基本的可靠性模型/191.3典型題目解析/201.4習題及習題解答/21第2章指令系統/302.1教學指南/302.2主要內容/302.2.1指令系統的分類/302.2.2尋址方式/322.2.3指令系統的設計和優化/342.2.4指令系統的發展和改進/372.2.5操作數的類型和大小/412.2.6MIPS指令系統結構/422.3習題及習題解答/47第3章流水線技術/523.1教學指南/523.2主要內容/523.2.1流水線的基本概念/523.2.2MIPS的基本流水線/563.2.3流水線中的相關/653.2.4流水線計算機實例分析(MIPS R4000)/793.2.5向量處理機/843.3典型題目解析/853.4習題及習題解答/88第4章指令級并行/924.1教學指南/924.2主要內容/924.2.1指令級并行的概念/924.2.2指令的動態調度/954.2.3控制相關的動態解決技術/1034.2.4多指令流出技術/1094.3典型題目解析/1134.4習題與習題解答/119第5章存儲層次/1305.1教學指南/1305.2主要內容/1305.2.1存儲器的層次結構/1305.2.2Cache基本知識/1345.2.3降低Cache失效率的方法/1445.2.4減少Cache失效開銷的方法/1535.2.5減少Cache命中時間的方法/1595.2.6主存/1645.2.7虛擬存儲器/1675.2.8存儲層次實例/1735.3典型題目分析/1765.4習題及習題解答/184第6章輸入輸出系統/1906.1教學指南/1906.2主要內容/1906.2.1存儲設備/1906.2.2I/O系統的性能分析/1976.2.3I/O系統的可靠性/2006.2.4RAID技術/2016.2.5總線技術/2056.2.6通道技術/2076.2.7I/O系統性能與操作系統的關系/2116.3典型題目分析/2126.4習題及習題解答/212第7章多處理機/2187.1教學指南/2187.2主要內容/2187.2.1并行計算機體系結構的分類/2187.2.2多處理機中的存儲器一致性/2217.2.3對稱式共享存儲器體系結構中的監聽協議/2227.2.4分布式共享存儲器體系結構中的目錄協議/2247.2.5靜態互聯網絡與動態互聯網絡/2267.2.6同步/2317.3典型題目分析/2337.4習題及習題解答/234第8章機群計算機/2408.1教學指南/2408.2主要內容/2408.2.1機群的基本概念和結構/2418.2.2機群的特點/2418.2.3機群的分類/2418.3習題及參考答案/242參考文獻/244
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