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配套教程：
本書由國防科技大學“計算機體係結構”課程教學團隊編著而成，該課程是國內首批的國傢精品課程。本書與《計算機體係結構（第2版）》和《計算機體係結構實驗（第2版）》3本配套教材同時被評為“十二五”普通高等教育國傢級規劃教材，也是國傢精品課程配套教材。該教材體現瞭作者多年來在國防科技大學從事計算機體係結構課程教學和科研的豐富積纍。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、難點和範圍。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，檢查自己計算機係統結構的解題能力。
總之，該教材內容先進、結構嚴謹、重點突齣、語言流暢、通俗易懂、難度適中，係統性、完整性和嚴謹性好，理論與實踐緊密結閤，強化係統能力、實踐能力培養，配套的教學資源豐富，便於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瞭很好的輻射作用。
l 國內第1門計算機體係結構國傢精品課的教學和習題指導教材，充分結閤瞭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 本書作為計算機體係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，深入淺齣，通俗易懂。
l 適閤作為高校計算機專業教師、本科生及研究生計算機體係結構課程的教材。
教學資源：
l 《計算機體係結構（第2版）》：本書是國傢精品課程“計算機體係結構”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係結構課程的通用教材。在內容的選擇上，本書重點論述瞭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。同時藉鑒瞭國際上公認的計算機係統結構高水平教材。
l PPT電子課件：主教材配套的PPT電子講稿可在清華大學齣版社網站下載。
l 《計算機體係結構實驗》：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指令係統具有規整、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傢使用。除瞭包含流水綫、指令級並行、cache等經典實驗內容外，本書還特彆麵嚮指令集的設計與優化專門設計瞭實驗。
本書是學習“計算機體係結構”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，可到清華大學齣版社官網下載。
內容簡介
本書是國傢精品課程主講教材《計算機體係結構》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、難點和範圍。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，檢查自己計算機係統結構的解題能力。
本書是教師講授“計算機體係結構”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。
作者簡介
張春元，1996年在國防科學技術大學計算機係獲工學博士學位，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。長期從事計算機體係結構、計算機應用等科研和教學工作。主持國傢自然科學基金、國傢自然科學基金重點項目、國傢863高技術研究項目、國傢973安全重大基礎研究項目、國傢重點型號項目及企業閤作等20多項，發錶科研論文100餘篇，齣版學術專著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，是國傢精品課程“計算機體係結構”主講人之一，撰寫教材3本，其中《計算機體係結構》獲得“2002年全國普通高等學校優秀教材二等奬”，發錶教學研究文章10餘篇，主編齣版有《學位與研究生教育信息管理實踐與探索》。獲得國傢科技進步二等奬1次，省部級科技進步奬多次，國傢教學成果二等奬1次，省部級教學成果奬多次。
羅 莉，1997年在國防科學技術大學計算機係獲工學博士學位。現任國防科學技術大學計算機學院教授、碩士生導師，國傢精品課程“計算機體係結構”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奬”。中國計算機學會會員，主要研究方嚮包括高性能微處理器體係結構、SOC設計技術等，作為項目負責人和主要完成人參加國傢自然科學基金、國傢863高技術項目、國傢973安全重大基礎研究項目、國傢重點型號項目等20餘項。近五年發錶論文40餘篇，參與撰寫教材三本，獲軍隊科技進步一等奬2次、二等奬2次、三等奬2次，獲國傢授權專利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。現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，軍隊育纔奬銀奬獲得者，“計算機學報”、“計算機研究與發展”等多個期刊的審稿人。國傢精品課程“計算機體係結構”和“計算機原理”主講人之一，先後為本科生主講瞭“大學計算機基礎”、“計算機原理與設計”、“微型計算機原理”、“計算機體係結構”、“嵌入式係統課程設計”等8門本科課程，為研究生主講瞭“係統模型與模擬”課程。已編寫齣版瞭《計算機原理與設計》和《計算機體係結構》等本科教材和3部教學輔導書。主要從事無綫網絡與移動計算、網絡可靠性分析以及計算機仿真等方麵的科研工作，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麵有較深入的研究。主持國傢自然科學基金項目1項，參與多項科研項目，取得瞭多項研究成果，獲軍隊科技進步二等奬、三等奬各1次。近年來，在國際會議、國內期刊發錶論文10餘篇，教學研究論文10餘篇。
內頁插圖
目錄
第1章計算機體係結構的概念/1
1.1教學指南/1
1.2主要內容/1
1.2.1計算機體係結構的概念/2
1.2.2計算機體係結構的發展/7
1.2.3計算機係統設計和分析/14
1.2.4基本的可靠性模型/19
1.3典型題目解析/20
1.4習題及習題解答/21第2章指令係統/30
2.1教學指南/30
2.2主要內容/30
2.2.1指令係統的分類/30
2.2.2尋址方式/32
2.2.3指令係統的設計和優化/34
2.2.4指令係統的發展和改進/37
2.2.5操作數的類型和大小/41
2.2.6MIPS指令係統結構/42
2.3習題及習題解答/47第3章流水綫技術/52
3.1教學指南/52
3.2主要內容/52
3.2.1流水綫的基本概念/52
3.2.2MIPS的基本流水綫/56
3.2.3流水綫中的相關/65
3.2.4流水綫計算機實例分析
(MIPS R4000)/79
3.2.5嚮量處理機/84
3.3典型題目解析/85
3.4習題及習題解答/88第4章指令級並行/92
4.1教學指南/92
4.2主要內容/92
4.2.1指令級並行的概念/92
4.2.2指令的動態調度/95
4.2.3控製相關的動態解決技術/103
4.2.4多指令流齣技術/109
4.3典型題目解析/113
4.4習題與習題解答/119第5章存儲層次/130
5.1教學指南/130
5.2主要內容/130
5.2.1存儲器的層次結構/130
5.2.2Cache基本知識/134
5.2.3降低Cache失效率的方法/144
5.2.4減少Cache失效開銷的方法/153
5.2.5減少Cache命中時間的方法/159
5.2.6主存/164
5.2.7虛擬存儲器/167
5.2.8存儲層次實例/173
5.3典型題目分析/176
5.4習題及習題解答/184第6章輸入輸齣係統/190
6.1教學指南/190
6.2主要內容/190
6.2.1存儲設備/190
6.2.2I/O係統的性能分析/197
6.2.3I/O係統的可靠性/200
6.2.4RAID技術/201
6.2.5總綫技術/205
6.2.6通道技術/207
6.2.7I/O係統性能與操作係統的
關係/211
6.3典型題目分析/212
6.4習題及習題解答/212第7章多處理機/218
7.1教學指南/218
7.2主要內容/218
7.2.1並行計算機體係結構的分類/218
7.2.2多處理機中的存儲器一緻性/221
7.2.3對稱式共享存儲器體係結構中的
監聽協議/222
7.2.4分布式共享存儲器體係結構中的
目錄協議/224
7.2.5靜態互聯網絡與動態互聯網絡/226
7.2.6同步/231
7.3典型題目分析/233
7.4習題及習題解答/234第8章機群計算機/240
8.1教學指南/240
8.2主要內容/240
8.2.1機群的基本概念和結構/241
8.2.2機群的特點/241
8.2.3機群的分類/241
8.3習題及參考答案/242參考文獻/244
前言/序言
本書是與王誌英主編的“國傢精品課程教材”中的《計算機體係結構》(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係結構課程的參考用書。
“計算機體係結構”是計算機科學與技術學科的一個重要方嚮，是重要的計算機專業課程，主要討論計算機係統設計技術，涉及較多的計算機專業知識。在計算機科學與技術學科中，計算機體係結構是一個理論性和實踐性很強的研究方嚮，由於多種原因，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“計算機體係結構”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係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“計算機體係結構”課程教師的需要。本書的使用將有助於教師對主教材的理解和運用，對於改進教學方法，提高教學質量都有著積極的意義。為瞭便於學習，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，進行瞭更新和增加。
考慮到本書的主要讀者對象應該是講授“計算機體係結構”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後一節給齣瞭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，有些習題的答案並不唯一，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製和束縛。
“計算機體係結構”課程的教材在國內已經齣版有多種，近年來也齣現瞭一些麵嚮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麵世，本書的齣版可以說是填補瞭一個空白，相信它會為廣大講授該課程的教師提供有益的幫助。還需要特彆指齣的是，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，除瞭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常考慮的一個因素，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，將導緻練習題的生命周期縮短。由於時間的原因以及個人的水平限製，書中難免有不妥之處，歡迎同行專傢學者和廣大讀者批評指正。
作者2016年5月
於長沙國防科技大學
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