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出版社等.在这些出版社的网站以及在中国互动出版网china-pub.上,我们用"系统结构"和"体系结构"作为关 键 词查询,查出了这些出版社在近5年来出版的所有系统结构教材情况如下:清华大学出版社:4本.作者分别是郑纬民,李学干,尹朝庆,周立等.
虽然郑纬民的那本是1998年出的,但因为它是国内比较经典的一本系统结构教材,所以把它也列为研究的对象.李学干的那本也是比较经典的,是"十一五"国家级规划教材.其前身是苏东庄编写的系统结构教材.25年前我们上大学时就使用过.
高等教育出版社:1本,作者是张晨曦等.这本书是"十五"国家级规划教材.
电子工业出版社:2本,作者分别是陈建铎和徐炜民等.徐炜民那本是"十五"国家级规划教材.
机械工业出版社:1本,作者是田俊峰等.Henn3】(简称为【H3】)和【Henn4】原版教材,对其内容进行了研究和比较,并做出了我们的选择.
(1)第1章
第1章一般都是引言,导论,基本概念或基础知识等,上述教材中,这一章的内容比较接近,主要有:
计算机系统结构的基本概念(包括计算机系统的层次结构,系统结构的定义以及计算机组成和计算机实现的概念等),
计算机系统结构的分类,
计算机系统的性能评测(包括定量设计原理,性能评测指标,基准测试程序等),
计算机系统结构的发展(包括冯·诺依曼结构以及软件,应用,器件对系统结构的影响等),
并行性的概念及并行性的发展.
【Henn3】和【张】都有一节论述计算机成本和价格方面的内容.根据我们以前的教学经验,这一节几乎都是不讲的,所以在新的内容体系中,屏弃该内容.
(2)指令系统的设计
在下面以及后面的表格中,√表示有相应的内容,而空栏则表示没有.
从表1可以看出,绝大多数教材都有这部分内容.
表1
编号内容【郑】【李】【白】【尹】【周】1浮点数据表示和自定义数据表示√√无此
内容√√2指令系统的分类3寻址技术√√√√4指令格式的优化设计√√√√5指令系统的功能设计√√√6RISC√√√√7指令系统举例
表1(续)
编号【徐】【陈】【田】【张2】【张】【H3】要否说明1注1-1√√×注1-22√√√√注1-33√√√√√√4√√√√√√5√√√√√√6√√√√√√7PDP-11,RISC-ⅡIBM370DLXMIPSMIPS注1-4注1-1:【徐】与其他教材不同,设置了名为"计算机系统结构"的一章,论述的内容包括:CPU组成,数据表示,寻址方式,指令优化,总线结构,存储系统概述,输入输出等内容.相当于给系统结构的方方面面来个概述.这些内容中有相当一部分是与计算机组成原理重复的.我们不采用这种写法.
注1-2:浮点数据表示应该在其他课程(如原理)中讲过,没必要在这里重复论述.自定义数据表示虽然是新内容,但由于这种技术在一般的计算机中很少采用,所以不讲也可以.
注1-3:指令系统的分类对于进一步加深对不同指令系统的理解有较大的作用.
注1-4:【陈】中介绍的PDP-11和RISC-Ⅱ以及【田】中介绍的IBM370已比较陈旧.【张】中介绍的是抽象指令系统DLX,它只是在前几年比较流行.在本报告的方案中,我们将和【H3】一样,采用MIPS作为例子.MIPS与DLX都是RISC结构,而且有很多相似的地方.两者的关键区别是:DLX是假想的,MIPS是真实的.MIPS是一种很有影响的RISC处理器结构,也比较简单,用它做例子是一个很好的选择.这里介绍MIPS指令系统是必需的,因为后面各章中的例子以及本课程的实践环节都是建立在MIPS指令系统之上的.
(3)流水线技术
流水线技术几乎是所有系统结构教材都讲的内容.它是系统结构课程最经典的内容,也是重点之一.要系统地展开论述.
表2
编号内容【郑】【李】【白】【尹】【周】1重叠执行和先行控制√注2-1注2-1√√2流水线的概念与分类√√√√√3流水线的时空图与性能分析√√√√√4非线性流水线的调度√√√√5流水线的相关与冲突√√√√√6指令流水线的实现实例
表2(续)
编号【徐】【陈】【田】【张2】【张】【H3】要否说明1√√√√√注2-32√√√√√√3√√√√√√√4√√√√注2-45注2-2√√√√√√6√√√注2-1:【李】和【白】只讲了重叠执行,没有介绍先行控制.
注2-2:【徐】对于相关只做了简单的介绍.
注2-3:重叠执行和先行控制是使用比较多的技术,所以把该内容选入本方案.
注2-4:这10本教材中,有7本是包含了"非线性流水线的调度",而且这部分内容也是比较重要的.故将其选入本方案.
(4)指令级并行性及其开发
指令级并行性开发是提高计算机系统性能的重要技术.有必要系统地讲述这部分内容.相对于系统结构的经典内容来说,这部分内容是比较新的.国内的教材除了【郑】,【周】,【张】以外,这部分内容比较少.在本方案中,我们选入所有表3中列出的内容.
表3
编号内容【郑】【李】【白】【尹】【周】1指令动态调度的基本思想√√√2记分牌算法√3Tomasulo算法√√√4动态分支预测技术√√5基于硬件的前瞻执行6超标量技术√√√√√7超长指令字技术√√√√√8超流水技术√√√√√
表3(续)
编号【徐】【陈】【田】【张2】【张】【H3】要否说明1无此
内容√√√√2√√√3√√√4√√√√5√√√6√√√√√√7√√√√√8√√√√√√
(5)用软件方法开发指令级并行
这部分内容是【H3】所独有的,是开发指令级并行的一些高级技术.考虑到本方案是面向重点大学的计算机专业,我们将选用这些内容.
(6)向量处理机
关于这部分内容,有的教材是单独设置一章,而有的则是把它合并到流水线技术一章中.【郑】,【白】,【陈】是单独设置一章,其他的都是与流水线技术合并.本方案的选择是单独设置一章.
表4
编号内容【郑】【李】【白】【尹】【周】1向量处理机的基本概念√√√√√2向量处理方式√√√√√3向量处理机的结构√√√√√4提高向量处理机性能的方法√√√5向量处理机的性能评价√√√√6向量处理机实例Cray-1,CrayY-MP,C90,FujitsuVP2000,VPP500Cray-1Cray-1,CrayY-MP,C90,NECSX-XCray-1,FPS-164Cray-1
表4(续)
编号【徐】【陈】【田】【张2】【张】【H3】要否说明1√√√√√附录光盘中有相关的内容√2√√√√√√3√√√√√4√√√√5√√√6Cray-1,CrayY-MP,C90CrayY-MPCray-1,CrayY-MP,C90Cray-1Cray-1,CrayY-MP,C90注4-1注4-1:使用最多的实例是Cray-1,CrayY-MP和C90.
(7)存储系统
存储系统也是系统结构课程的最经典,最重点的内容之一.要系统地展开论述.
表5
编号内容【郑】【李】【白】【尹】【周】1存储系统的概念和参数√√无此
内容√√2存储层次√√√√3并行存储器√√√√4Cache的地址映像与地址变换√√√√5Cache替换算法的实现√√√√6Cache性能分析√√√√7降低Cache失效率的方法8减少Cache失效开销的方法9减少命中时间的方法10虚地址Cache√11虚拟存储器√√√√12页面替换算法的模拟过程√√√√13存储层次举例14主存保护√
表5(续)
编号【徐】【陈】【田】【张2】【张】【H3】要否说明1√√√√√√√2√√√√√√√3√√√√√√√4√√√√√简单√5√√√√×注5-16√√√√√√√7√√√8√√√9√√√10√√√√11√√√√简单简单简单注5-212√√√√×注5-313√√√√14√√√√√×注5-1:这部分内容主要是讲LRU替换算法的硬件实现.由于随机算法实现简单,因而被广泛采用,而且在容量较大时,采用LRU替换算法和采用随机算法时的失效率差别不大.所以本方案放弃这部分内容.
注5-2:虚拟存储器在操作系统课程中是重点内容之一,读者应该是比较熟悉了.所以这里不必再去重复讲述相同的内容,而只要简单地讲述在系统结构级对虚拟存储器所提供的支持.
注5-3:页面替换算法的模拟过程是国内系统结构教材中比较典型的内容,占的
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