本书系统地论述了计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构和基本方法，强调采用量化的分析方法，使读者能够更具体、实际地分析和理解计算机系统结构。

全书共10章,分别为：计算机系统结构的基本概念，计算机指令集结构，流水线技术，指令级并行，存储系统，输入/输出系统，互连网络，多处理机，机群系统，多核系统结构与编程。第1章论述计算机系统结构的概念以及定量分析基础。第2章论述计算机指令集的设计、RISC技术以及MIPS指令集结构。第3章论述流水线及其性能分析、流水线中的相关与冲突及其解决方法、向量处理机。第4章论述指令级并行性开发，包括指令的动态调度、动态分支预测技术、多指令流出技术、循环展开和指令调度等。第5章论述Cache的基本知识、降低Cache不命中率的方法、减少Cache不命中开销的方法以及减少命中时间的方法。第6章论述独立磁盘冗余阵列RAID、总线、通道及其流量分析。第7章论述互连函数、互连网络的结构参数与性能指标、静态互连网络、动态互连网络以及消息传递机制等。第8章论述对称式多处理机结构、分布式存储多处理机结构、同步以及同时多线程技术等。第9章论述机群系统的基本结构、特点以及分类等。第10章论述多核架构、实例以及基于多核的并行程序设计。附录为计算机系统结构模拟实验、MIPSsim使用手册与MIPS16模拟器及相关指令。

本书内容丰富，实例具体，采用微课的形式，为重要知识点或实例配有教学视频和动画，可作为高校计算机及相关专业的计算机系统结构课程教材，也可供相关科技人员参考。

前辅文
第1章 计算机系统结构的基本概念
  1.1 引言
  1.2 计算机系统结构的概念
   1.2.1 计算机系统的层次结构
   1.2.2 计算机系统结构的定义
   1.2.3 计算机组成和计算机实现
   1.2.4 计算机系统结构的分类
  1.3 定量分析技术
   1.3.1 计算机系统设计的设计原则和定量原理
   1.3.2 计算机系统的性能评测
  1.4 计算机系统结构的发展
   1.4.1 冯·诺依曼结构
   1.4.2 软件对系统结构的影响
   1.4.3 器件发展对系统结构的影响
   1.4.4 应用对系统结构的影响
  1.5 计算机系统结构中并行性的发展
   1.5.1 并行性的概念
   1.5.2 提高并行性的技术途径
   1.5.3 单处理机系统中并行性的发展
   1.5.4 多处理机系统中并行性的发展
  习题
第2章 计算机指令集结构
  2.1 指令集结构的分类
  2.2 寻址方式
  2.3 指令集结构的功能设计
   2.3.1 CISC指令集结构的功能设计
   2.3.2 RISC指令集结构的功能设计
   2.3.3 控制指令
  2.4 操作数的类型和大小
  2.5 指令格式的设计
  2.6 MIPS指令集结构
   2.6.1 MIPS的寄存器
   2.6.2 MIPS的数据表示
   2.6.3 MIPS的数据寻址方式
   2.6.4 MIPS的指令格式
   2.6.5 MIPS的操作
   2.6.6 MIPS的控制指令
   2.6.7 MIPS的浮点操作
  习题
第3章 流水线技术
  3.1 流水线的基本概念
   3.1.1 什么是流水线
   3.1.2 流水线的分类
  3.2 流水线的性能指标
   3.2.1 吞吐量
   3.2.2 加速比
   3.2.3 效率
   3.2.4 流水线性能分析举例
   3.2.5 流水线设计中的若干问题
  3.3 流水线的相关与冲突
   3.3.1 一个经典的5段流水线
   3.3.2 相关与流水线冲突
  3.4 流水线的实现
   3.4.1 MIPS的一种简单实现
   3.4.2 基本的MIPS流水线
  3.5 向量处理机
   3.5.1 向量的处理方式
   3.5.2 向量处理机的结构
   3.5.3 提高向量处理机性能的方法
   3.5.4 向量处理机的性能评价
  习题
第4章 指令级并行
  4.1 指令级并行的概念
  4.2 指令的动态调度
   4.2.1 动态调度的基本思想
   4.2.2 Tomasulo算法
  4.3 动态分支预测技术
   4.3.1 采用转移历史表
   4.3.2 采用转移目标缓冲器
   4.3.3 基于硬件的前瞻执行
  4.4 多指令流出技术
   4.4.1 基于静态调度的多流出技术
   4.4.2 基于动态调度的多流出技术
   4.4.3 超长指令字技术
   4.4.4 多流出处理机受到的限制
   4.4.5 超流水线处理机
  4.5 循环展开和指令调度
   4.5.1 循环展开和指令调度的基本方法
   4.5.2 静态超标量处理机中的循环展开
  习题
第5章 存储系统
  5.1 存储系统的层次结构
   5.1.1 存储系统的层次结构
   5.1.2 存储系统的性能参数
   5.1.3 三级存储系统
   5.1.4 存储层次的4个问题
  5.2 Cache基本知识
   5.2.1 基本结构和原理
   5.2.2 映像规则
   5.2.3 查找方法
   5.2.4 Cache的工作过程
   5.2.5 替换算法
   5.2.6 写策略
   5.2.7 Cache性能分析
   5.2.8 改进Cache性能
  5.3 降低Cache不命中率
   5.3.1 3种类型的不命中
   5.3.2 增加Cache块大小
   5.3.3 增加Cache容量
   5.3.4 提高相联度
   5.3.5 伪相联Cache
   5.3.6 硬件预取
   5.3.7 编译器控制的预取
   5.3.8 编译优化
   5.3.9 “牺牲”Cache
  5.4 减少Cache不命中开销
   5.4.1 两级Cache
   5.4.2 让读不命中优先于写
   5.4.3 写缓冲合并
   5.4.4 请求字处理
   5.4.5 非阻塞Cache
  5.5 减少命中时间
   5.5.1 容量小、结构简单的Cache
   5.5.2 虚拟Cache
   5.5.3 Cache访问流水化
   5.5.4 踪迹Cache
   5.5.5 Cache优化技术总结
  5.6 并行主存系统
   5.6.1 单体多字存储器
   5.6.2 多体交叉存储器
   5.6.3 避免存储体冲突
  5.7 虚拟存储器
   5.7.1 基本概念
   5.7.2 快速地址转换技术
   5.7.3 页式虚拟存储器实例：64位Opteron的存储管理
  5.8 实例：AMD Opteron的存储器层次结构
  习题
第6章 输入/输出系统
  6.1 输入/输出系统的性能
  6.2 输入/输出系统的可靠性、可用性和可信性
  6.3 独立磁盘冗余阵列RAID
   6.3.1 RAID
   6.3.2 RAID
   6.3.3 RAID
   6.3.4 RAID
   6.3.5 RAID
   6.3.6 RAID
   6.3.7 RAID
   6.3.8 RAID 10与RAID
   6.3.9 RAID的实现与发展
  6.4 总线
   6.4.1 总线的设计
   6.4.2 总线标准和实例
   6.4.3 与CPU的连接
  6.5 通道
   6.5.1 通道的作用和功能
   6.5.2 通道的工作过程
   6.5.3 通道的种类
   6.5.4 通道流量分析
  6.6 I/O与操作系统
   6.6.1 DMA和虚拟存储器
   6.6.2 I/O和Cache数据一致性
  习题6241
第7章 互连网络
  7.1 互连函数
   7.1.1 互连函数的表示方法
   7.1.2 几种基本的互连函数
  7.2 互连网络的结构参数与性能指标
   7.2.1 互连网络的结构参数
   7.2.2 互连网络的性能指标
  7.3 静态互连网络
  7.4 动态互连网络
   7.4.1 总线网络
   7.4.2 交叉开关网络
   7.4.3 多级互连网络
   7.4.4 动态互连网络的比较
  7.5 消息传递机制
   7.5.1 消息路由方案
   7.5.2 死锁与虚拟通道
   7.5.3 流控制策略
   7.5.4 选播和广播路由算法
  习题
第8章 多处理机
  8.1 引言
   8.1.1 并行计算机系统结构的分类
   8.1.2 存储器系统结构和通信机制
   8.1.3 并行处理面临的挑战
  8.2 对称式多处理机结构
   8.2.1 多处理机的高速缓存一致性问题
   8.2.2 实现Cache一致性的基本方案
   8.2.3 监听协议的实现
  8.3 分布式存储多处理机结构
   8.3.1 目录协议的基本思想
   8.3.2 目录协议实例
   8.3.3 目录的3种结构
  8.4 同步
   8.4.1 基本硬件原语
   8.4.2 用一致性实现锁
   8.4.3 同步性能问题
  8.5 同时多线程
   8.5.1 将线程级并行转换为指令级并行
   8.5.2 同时多线程处理器的设计
   8.5.3 同时多线程的性能
  8.6 大规模并行处理机
   8.6.1 并行计算机系统结构
   8.6.2 大规模并行处理系统
  8.7 多核处理器及性能对比
  8.8 多处理机实例：Origin
  习题
第9章 机群系统
  9.1 机群系统的基本结构
   9.1.1 机群系统的硬件
   9.1.2 机群系统的软件
  9.2 机群系统的特点
  9.3 机群系统的分类
  9.4 典型机群系统简介
   9.4.1 Berkeley NOW
   9.4.2 Beowulf
   9.4.3 LAMP
   9.4.4 IBM SP
   9.4.5 天河二号
  习题
第10章 多核系统结构与编程
  10.1 多核系统结构的需求
   10.1.1 功耗与散热问题
   10.1.2 并行度问题
   10.1.3 应用软件的问题
  10.2 多核系统结构
   10.2.1 多核的组织架构
   10.2.2 多核系统结构实例
  10.3 基于多核的并行程序设计
   10.3.1 并行编程模型概述
   10.3.2 共享存储模型与消息传递模型
   10.3.3 并行编程语言
   10.3.4 并行算法
  10.4 多核编程实例
   10.4.1 一个简单的OpenMP程序
   10.4.2 OpenMP中的排序算法
  习题
附录A 计算机系统结构模拟实验
  A.0 实验平台
  A.1 实验一 MIPS指令系统和MIPS体系结构
  A.2 实验二 流水线及流水线中的冲突
  A.3 实验三 指令调度和延迟分支
  A.4 实验四 Cache性能分析
  A.5 实验五 Tomasulo算法
  A.6 实验六 再定序缓冲（ROB）工作原理
  A.7 实验七 多Cache一致性——监听协议
  A.8 实验八 多Cache一致性——目录协议
  A.9 实验九 大作业： 编写一个指令级模拟器
附录B MIPSsim使用手册
  B.1 启动模拟器
  B.2 MIPSsim的窗口
  B.3 MIPSsim的菜单
附录C MIPS16模拟器及相关指令
  C.1 MIPS16模拟器的存储单元
  C.2 MIPS16模拟器的功能
  C.3 MIPS16模拟器的部分变量说明
  C.4 MIPS16模拟器支持的伪指令
  C.5 模拟指令集合
  C.6 样例程序sample.s
参考文献

“十一五”国家规划教材