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第一章　巨型机和小巨型机发展近况1

1.1 巨型机和小巨型机1

1.2　巨型机和小巨型机在工程和科学计算中的应用2

1.3　巨型机和小巨型机的发展态势3

1.4　巨型机和小巨型机的软件开发6

1.5　巨型机和小巨型机的工艺技术6

第二章　巨型机和小巨型机体系结构8

2.1 巨型机和小巨型机基本结构8

2.2　中央处理机9

2.2.1　向量处理机10

2.2.2　一体化向量处理机分类11

2.2.3　向量处理机两种结构13

2.3　系统控制器和纵横开关14

2.3.1　系统控制器功能16

2.3.2　多处理机功能结构16

2.3.3　多处理机互连网络18

2.4　层次存储器系统20

2.4.1　高速缓冲存储器22

2.4.2　交叉存取存储器23

2.4.3　宏存子系统25

2.4.4　虚拟存储器25

2.5　输入输出处理机26

2.6　服务处理机27

2.7　连结网络功能27

2.8　精简指令系统计算机RISC29

2.8.1　RISC技术产生原因和历史30

2.8.2　RISC指令系统特点31

2.8.3　RISC系统结构及特点32

2.8.4　RISC速度35

2.8.5　MIPS公司的RISC计算机-M／2000和RC628036

2.8.6　SUN公司的RISC结构SPARC系统40

2.8.7 Motorola公司的MC88000处理机41

2.8.8 Intel公司的微处理机——i86042

2.8.9 IBM公司的RISC系统／600044

2.8.10 小结45

2.9 计算机系统带宽及平衡46

2.9.1 公共内存带宽及平衡47

2.9.2 中央处理机带宽及平衡54

第三章　流水线计算机设计原理56

3.1　非流水线计算机设计原理56

3.2　线性流水线工作原理57

3.2.1　线性流水线57

3.2.2　线性流水线重叠操作59

3.2.3　线性流水线效率61

3.2.4　流水线分类62

3.3　中央处理机流水线64

3.3.1　指令流水线65

3.3.2　运算流水线65

3.3.3　泰勒级数在流水线设计中的应用69

3.4　提高流水线效率方法73

3.4.1　指令预取和转移控制73

3.4.2　数据缓冲和多通路结构74

3.5.1　地址流水线76

3.5.2　写数读数流水线76

3.5　主存储器流水线76

3.5.3　存储阵列流水线77

3.5.4　流水线存取数据方法78

3.5.5　存储器带宽和平衡实例80

3.6　流水线设计应用实例81

3.6.1　Cray-1机寄存器到寄存器流水线82

3.6.2　Cyber-205机存储器到存储器流水线82

3.7　流水线计算机性能评价82

3.7.1　流水线加速倍数和效率82

3.7.2　流水线开销时间85

第四章　向量处理机设计原理87

4.1　向量机特点87

4.1.1　向量机基本结构87

4.1.2　标量和向量处理90

4.1.3 向量指令执行周期91

4.1.4　向量和标量指令执行周期比较92

4.1.5　功能部件和操作数寄存器预约93

4.1.6　结果数寄存器预约和链接94

4.1.7　向量递归和点积97

4.1.8　向量屏蔽和压缩98

4.2　向量处理机指令系统100

4.2.1 向量数据100

4.1.9　向量循环100

4.2.2　标量指令101

4.2.3　向量指令102

4.2.4　运算向量指令106

5.1　阵列处理机110

5.1.1　物理数学模型110

第五章　附加向量处理机110

5.1.2　系统结构113

5.1.3　指令系统114

5.1.4　阵列机向量计算115

5.2　阵列处理机举例116

5.2.1 FPS AP-120B阵列机116

5.2.2 FPS-5000系列阵列机118

5.2.3 CDC矩阵算法处理机SPl119

5.2.4 IBM 3838阵列处理机123

5.2.5 国产150-AP数列处理机125

6.1 操作系统128

第六章 软件系统128

6.2 编译系统130

6.2.1 优化130

6.2.2 向量化134

6.2.3 并行化136

6.3 应用环境142

7.1.1 标量处理机速度MIPS144

7.1.2 Whetstone144

7.1 性能测量144

第七章 性能评测144

7.1.3 Dhrystone145

7.1.4 向量处理速度MFLOPS145

7.2 数据处理速率PDR值146

7.3 Amdahl定律和Barsis公式147

7.4 基准程序153

7.4.1 Linpack基准程序153

7.4.2 Livermore Fortran内核155

7.4.3 SPEC基准程序测试156

7.4.4 理想俱乐部158

7.5 向量标量交叉点159

第八章 巨型计算机系统160

8.1 早期的向量计算机160

8.2 第二代巨型计算机163

8.2.1 Cray-1机体系结构164

8.2.2 Cyber-205向量机系统结构169

8.2.3 Fujitsu VP-200机和特殊性172

8.3.1 CrayX-MP四个处理机系统176

8.3 现代多处理机系统176

8.3.2 目前世界上最快速的巨型机CrayY-MP180

8.3.3 Cray—2和Cray—3巨型计算机182

8.3.4 ETA—10巨型计算机187

8.3.5 IBM 3090VF向量多处理机190

8.3.6 NEC SX—3多处理机系统196

8.3.7 HITACS—820/80单处理机巨型机200

8.4 巨型机性能小结203

9.1 ELXSI 64位并行处理小巨型机204

第九章 小巨型机系统204

9.2 Alliant并行向量小巨型机系统209

9.3 基于RISC技术的巨型机Alliant FX／2800218

9.4 VAX 9000向量处理大型机和6000系列机221

9.5 一体化小巨型机Convex C120232

9.6 ConvexC2xx多处理机系统238

9.7 Cyber990多处理机系统243

9.8 超级主机计算机Cyber2000V245

10.1 巨型计算机在航天飞行器设计中的应用249

第十章 巨型机和小巨型机的应用249

10.2 小巨型机在油藏数值模拟中的应用252

10.3 巨型机在地震勘探中的应用255

10.4 巨型计算机在天气预报中的应用261

附录1264

附录2266

附录3271

附录4272

附录5273

参考文献281