《计算机系统结构（第四版）/普通高等教育计算机类特色专业系列规划教材》介绍了计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本分析和设计方法。《计算机系统结构（第四版）/普通高等教育计算机类特色专业系列规划教材》共7章，内容包括：计算机系统结构的相关概念、时间并行技术、指令级并行技术、多处理机、超级计算机、仓库级计算机、云计算构架。
《计算机系统结构（第四版）/普通高等教育计算机类特色专业系列规划教材》依据短学时教学要求编写，知识完整、结构合理、重点突出、概念清楚，反映了计算机科学技术的最新成果。
前言
第1章 计算机系统结构的相关概念
1.1 系统结构的有关术语
1.1.1 计算机系统的层次结构
1.1.2 计算机系统结构
1.1.3 计算机组织和计算机实现
1.1.4 计算机系统结构的分类
1.2 系统结构发展的因素
1.2.1 存储程序计算机系统结构及其发展
1.2.2 软件对系统结构的影响
1.2.3 应用对系统结构的影响
1.2.4 器件对系统结构的影响
1.2.5 系统结构的生命周期
1.3 定量分析技术
1.3.1 系统设计的定量原理
1.3.2 性能评价标准
1.3.3 成本与价格
1.4 系统结构中并行性的发展
1.4.1 并行性的概念
1.4.2 提高并行性的技术途径
1.4.3 单处理机系统中并行性的发展
1.4.4 多处理机系统中并行性的发展
1.4.5 并行处理机的系统结构类型
1.4.6 图形处理器
小结
习题
第2章 时间并行技术
2.1 流水线技术
2.1.1 流水线的基本概念
2.1.2 流水线的表示方法
2.1.3 流水线的特点
2.2 流水线的性能指标
2.2.1 流水线的吞吐率
2.2.2 流水线的加速比
2.2.3 流水线的效率
2.2.4 流水线的最佳段数
2.3 流水线的结构相关和数据相关
2.3.1 流水线的结构相关
2.3.2 流水线的数据相关
2.4 流水线的控制相关
2.4.1 控制相关的概念
2.4.2 条件分支对流水线的影响
2.4.3 静态分支技术
2.4.4 动态分支预测技术
2.4.5 流水线处理机的中断处理
小结
习题
iv计算机系统结构目录v
第3章 指令级并行技术
3.1 指令级并行的概念
3.1.1 并行性的有关术语
3.1.2 多指令流出：指令级并行度
3.2 数据相关及其处理技术
3.2.1 数据相关类型
3.2.2 寄存器重命名
3.2.3 静态指令调度
3.2.4 动态指令调度
3.3 超标量流水处理机
3.3.1 超标量流水线的发射策略
3.3.2 典型处理机结构
3.3.3 超标量流水处理机性能
3.4 超流水线处理机
3.4.1 超流水线处理机时空图
3.4.2 典型处理机结构
3.4.3 超流水线处理机性能
3.5 超标量超流水线处理机
3.5.1 指令执行时空图
3.5.2 典型处理机结构
3.5.3 超标量超流水线处理机性能
3.6 超长指令字处理机
3.6.1 超长指令字处理机的特点
3.6.2 VLIW处理机的结构模型
3.6.3 典型处理机结构
3.7 多线程与超线程处理机
3.7.1 指令级并行与线程级并行
3.7.2 同时多线程结构
3.7.3 超线程处理机结构
小结
习题
第4章 多处理机
4.1 互连网络的相关概念
4.1.1 互连网络的功能和特征
4.1.2 互连网络的描述工具
4.1.3 互连网络的特性参数
4.2 互连网络的结构
4.2.1 静态互连网络
4.2.2 动态互连网络
4.3 多处理机的特点和分类
4.3.1 多处理机的特点
4.3.2 多处理机的分类
4.4 SMP的系统结构和实例
4.4.1 SMP的基本概念
4.4.2 SMP的一般结构
4.4.3 Origin 2000系统
4.4.4 IBM大型机SMP
4.4.5 容错计算机系统Stratus
4.5 多处理机的Cache一致性
4.6 多处理机操作系统
4.7 多处理机中程序并行性的开发
4.7.1 程序并行性的分析
4.7.2 并行程序设计
小结
习题
第5章 超级计算机
5.1 超级计算机的相关概念
5.1.1 超级计算机的定义
5.1.2 超级计算机的评价指标
5.1.3 超级计算机相关技术——机群
5.2 超级计算机的发展
5.2.1 超级计算机系统结构的发展
5.2.2 超级计算机运算速度的变化
5.2.3 超级计算机操作系统的变化
5.2.4 超级计算机使用的互连技术
5.2.5 中国超级计算机的发展
5.3 世界超级计算机前三强介绍
5.3.1 天河二号（Tianhe2）
5.3.2 泰坦（Titan）
5.3.3 红杉（Sequoia）
5.4 超级计算机的未来发展趋势
小结
习题
vi计算机系统结构
第6章 仓库级计算机
6.1 仓库级计算机的相关概念
6.1.1 仓库级计算机的定义
6.1.2 仓库级计算机与超级计算机、数据中心的区别
6.2 仓库级计算机的设计原则
6.3 仓库级计算机的体系结构
6.3.1 层次化的存储体系
6.3.2 可伸缩的网络组织
6.4 仓库级计算机的可靠性和可用性
6.4.1 可用性的重新定义
6.4.2 可靠性对可用性的影响
6.4.3 故障与容错
6.5 仓库级计算机的能耗与散热
6.5.1 能耗与能量效率
6.5.2 散热方案设计
6.6 仓库级计算机的建设与维护
6.6.1 CAPEX成本
6.6.2 OPEX成本
小结
习题
第7章 云计算构架
7.1 云计算的相关概念
7.2 云计算与机群、网格计算的区别
7.3 云计算的服务模式
7.3.1 基础设施即服务（IaaS）
7.3.2 平台即服务（PaaS）
7.3.3 软件即服务（SaaS）
7.4 云计算应用实例
7.4.1 IaaS实例AWS
7.4.2 PaaS实例 GAE
7.4.3 SaaS实例 Salesforce
7.5 云计算数据中心网络的设计
7.5.1 数据中心互连网络的特征
7.5.2 基于FatTree（胖树）互连网络的数据中心
7.5.3 基于BCube的互连网络的数据中心
7.6 云计算中的并行处理框架
7.6.1 并行编程模型MapReduce
7.6.2 数据分布存储 GFS
7.6.3 分布式数据的管理 BigTable
7.7 开放式的分布式架构Hadoop
7.7.1 Hadoop简介
7.7.2 并行编程模型MapReduce
7.7.3 分布式文件系统HDFS
7.7.4 分布式数据管理工具 HBase
7.7.5 数据仓库工具Hive
7.7.6 分布式锁设施Zookeeper
小结
习题
术语索引
参考文献
《计算机系统结构（第四版）/普通高等教育计算机类特色专业系列规划教材》：
第1章 计算机系统结构的相关概念
本章介绍计算机系统的有关术语，计算机系统结构与技术的关系，系统结构的定量分析技术，系统结构的并行性发展。重点是：①计算机系统的层次结构、计算机系统结构、计算机组织、计算机实现三者的定义及其关系；②透明性、局部性原理、MIPS和MFLOPS定义；③Amdahl定律；④CPU性能公式。
11系统结构的有关术语〖*1〗111计算机系统的层次结构现代计算机系统是硬件、固件和软件组成的十分复杂的系统。为了对这个系统进行描述、分析、设计和使用，人们从不同的角度提出了观察计算机的观点和方法。其中常用的一种方法，就是从机器语言的角度出发，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，如图11所示。
图11计算机系统的多级层次结构
计算机的语言可分成一系列的层次级，最内层级语言的功能最简单，最外层级语言的功能最强。对于用某一层级语言编写程序的程序员来说，他一般不管其程序在机器中是如何执行的，只要程序正确，他就能得到预期的结果。这样，对这层语言的程序员来说，他似乎有了一种新的机器，这层语言就是这种机器的机器语言，该机器能执行用该层语言编写的全部程序。因此，计算机系统就可以按语言的功能划分成多层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。
最内层的Ｌ０级是硬联逻辑级。这一级由门、触发器等逻辑电路组成，它是由逻辑设计员采用布尔语言设计的硬件内核。
L1级是微程序机器级。这一级的机器语言是二进制编码的微指令集。程序员用微指令编写的微程序由固件／硬件来解释实现。L1级的机器语言是二进制语言。
L2级是传统机器级。这一级的机器语言是机器指令集。程序员用机器指令集编写的程序可以由L１级微程序进行解释，也可直接采用L0级硬联逻辑进行解释。这个解释程序运行在L1级上。
计算机系统结构第1章计算机系统结构的相关概念L3级是操作系统虚拟机。这一级机器语言中的多数指令是传统机器级指令。此外还提供操作系统级指令，如打开文件、读/写文件、关闭文件等指令。用这一级语言编写的程序，若与L2级指令相同则由微程序解释，而操作系统级指令则由操作系统进行解释。操作系统是运行在L2级上的解释程序。
L4级是汇编语言虚拟机。这一级的机器语言是汇编语言。用汇编语言编写的程序，首先翻译成Ｌ3级和L2级语言，然后再由相应的机器执行。完成汇编语言翻译的程序称作汇编程序。
L5级是高级语言虚拟机。这一级的机器语言是各种高级语言。目前高级语言已有上百种，如C、C++、FORTRAN等。用这些语言所编写的程序一般由称为编译程序的翻译程序翻译到L4级或L3级上。个别高级语言如BASIC编写的程序采用解释的方法实现，即用解释程序翻译到L4级或L3级。
最外层的L6级是应用语言虚拟机。这一级是为使计算机满足某种用途而专门设计的，因此这一级语言就是各种面向问题的应用语言。为此可以设计专门用于人工智能、教育、管理、计算机设计等领域的虚拟机，这些虚拟机也是当代计算机应用领域的重要研究课题。用应用语言编写的程序一般由应用程序包翻译到L5级上。
由上面的叙述我们可以强调：
（1） 计算机语言是由低级（内核）向高级（外层）发展的，高一级语言的语句相对于低级语言功能更强，更便于应用，但都是以低级语言为基础来支撑的。
（2） L3级以上完全由软件实现。由软件实现的机器我们称为虚拟机器，以区别于由硬件／固件实现的实际物理机器。
（3） 编译和解释是机器语言实现的两种基本技术。它们的相同点是：都以执行一串L级指令来实现L+1级指令。但是二者的差别是：编译程序是先把L+1级程序全部变换成L级程序后，再去执行新产生的L级程序，在执行过程中Ｌ+1级程序不再被访问。而解释程序是每当一条L+1级指令被译码后，就直接去执行一串等效的L级指令，然后再去取下一条L+1级的指令，依次重复进行。因此解释过程是边变换边执行的过程。在实现新的虚拟机器时，这两种技术都被广泛使用。一般来说，解释执行比编译执行花的时间多，但占用存储空间较小。
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