计算机系统开创性经典文献选读与解析（双色版）

目录
序一
序二
前言
第1章 计算机器与智能
（艾伦·图灵，1950年）1
1.1模仿游戏3
1.2对新问题的评价5
1.3游戏中的机器7
1.4数字计算机11
1.5数字计算机的通用性17
1.6关于主要问题的对立观点21
1.6.1来自神学的异议23
1.6.2“鸵鸟”式的异议24
1.6.3来自数学的异议25
1.6.4来自意识的异议29
1.6.5来自各种能力缺陷的异议31
1.6.6来自洛芙莱斯夫人的异议34
1.6.7来自神经系统连续性的异议35
1.6.8来自行为非正式性的异议36
1.6.9来自超感官知觉的异议40
1.7具有学习能力的机器41
参考文献49
思考题50
第2章 论可计算数及其在判定性问题中的应用
（艾伦·图灵，1936年）51
2.1计算机器57
2.2定义58
2.2.1自动机58
2.2.2计算机器60
2.2.3循环机和非循环机61
2.2.4可计算序列和可计算数62
2.3计算机器的实例64
2.4简缩表68
2.5可计算序列的枚举73
2.6通用计算机器76
2.7通用机器的详细描述78
2.8对角线方法的应用81
2.9可计算数的范围 85
2.10可计算数的大类的实例89
2.11在判定性问题中的应用 95
附录可计算性和能行可计算性99
思考题102
第3章 关于EDVAC的报告初稿
（约翰·冯·诺依曼，1945年）103
3.1定义107
3.1.1自动数字计算系统107
3.1.2这种系统功能的准确描述107
3.1.3这种系统产生的数值信息与其输出结果的区别108
3.1.4校验和纠正故障（错误），自动识别和纠正故障的可能性109
3.2系统的主要组成部分109
3.2.1细分需求109
3.2.2第一个特定部分：CA（中央算术运算器）109
3.2.3第二个特定部分：CC（中央控制部件）110
3.2.4第三个特定部分：M（存储器）的不同形式110
3.2.5第三个特定部分：M（存储器）的不同形式（续）111
3.2.6 CA、CC（统称C）和M一起是关联部件。传入和传出部件：输入和输出，调解与外部的联系。外部记录介质：R　111
3.2.7第四个特定部分：I（输入设备）112
3.2.8第五个特定部分：O（输出设备）112
3.2.9M和R的对比，考虑3.2.4节中的（a）~（h）113
3.3讨论的步骤114
3.3.1计划：讨论3.2节列举的所有组成部分（特定部分），以及基本决策114
3.3.2需要对特定部分进行曲折讨论114
3.3.3自动校验错误114
3.4元件，同步，神经元类比114
3.4.1像继电器一样的元件的作用。实例：同步的作用115
3.4.2神经元、突触、兴奋性突触和抑制性突触115
3.4.3使用常规类型真空管的可取性116
3.5控制算术运算的原理117
3.5.1真空管元件：门或触发器117
3.5.2二进制与十进制118
3.5.3二进制乘法的反应时间119
3.5.4套叠式操作与节省设备119
3.5.5超高速（真空管）的作用：连续操作的原则120
3.5.6重构原则121
3.5.7原则的进一步讨论121
3.6电子元件122
3.6.1引入假设的电子元件的原因122
3.6.2简单电子元件的描述122
3.6.3同步，由中央时钟门控123
3.6.4阈值的作用。具有多个阈值的电子元件。多倍延迟123
3.6.5与真空管的比较124
3.7加法和乘法算术运算的电路125
3.7.1二进制数的输入方法：按时间顺序排列的数字125
3.7.2电子元件网络和块符号125
3.7.3加法器126
3.7.4乘法器：需要存储器126
3.7.5讨论存储器127
3.7.6讨论延迟128
3.7.7乘法器：详细结构128
3.7.8乘法器：进一步需求（时序、本地输入和输出）129
3.8减法和除法算术运算的电路130
3.8.1符号的处理130
3.8.2减法器130
3.8.3除法器：详细结构131
3.8.4除法器：进一步需求133
3.9二进制小数点133
3.9.1二进制小数点的主要作用：在乘法和除法中的作用133
3.9.2必须从乘积中省略多位数字。决策：仅限在-1和1之间的数字133
3.9.3规划的结果。加、减、乘、除运算的规则134
3.9.4四舍五入：舍入规则和电路134
3.10开平方算术运算的电路及其他运算135
3.10.1开平方：详细结构135
3.10.2开平方：进一步观察136
3.10.3加、减、乘、除、开平方运算列表137
3.10.4排除其他进一步的运算138
3.11运算器的组织和操作的完整列表139
3.11.1运算器的输入和输出，与存储器连接139
3.11.2操作i、j140
3.11.3操作s141
3.11.4运算（操作）的完整列表142
3.12存储器的容量及一般原理142
3.12.1周期性（或延迟性）存储器142
3.12.2存储器容量：单元、存储字、数字和指令143
3.12.3存储器容量：3.2.4节中存储类型（a）~(h)的容量需求144
3.12.4存储器容量：总存储容量需求146
3.12.5周期性存储器：物理可能性147
3.12.6周期性存储器：单个dl部件和多个dl部件的容量。M所需的dl部件数148
3.12.7交换与时间序列151
3.12.8映像管存储器151
3.13存储器的组织154
3.13.1 dl部件和其终端器件154
3.13.2 SG和其连接154
3.13.3 SG的两种状态155
3.13.4 SG和其连接：详细结构156
3.13.5 SG的切换问题157
3.14控制器和存储器157
3.14.1 控制器和指令157
3.14.2 关于分类（b）指令的评述158
3.14.3关于分类（c）指令的评述158
3.14.4 关于分类（b）指令的评述（续）159
3.14.5 等待时间和枚举存储字160
3.15 代码161
3.15.1存储器的内容161
3.15.2标准的数字162
3.15.3指令162
3.15.4合并指令164
3.15.5合并指令（续）164
3.15.6制定代码165
思考题166
第4章 计算机与人脑
（约翰·冯·诺依曼，1955年）167
第3版序言169
第2版序言181
第1版序言187
引言191
第一部分计算机192
4.1模拟过程192
4.1.1传统的基本运算193
4.1.2不常用的基本运算193
4.2数字过程196
4.2.1标识及它们的组合与实例196
4.2.2数字计算机的类型及基本元件196
4.2.3并行和串行方案197
4.2.4传统的基本运算197
4.3逻辑控制198
4.3.1插件式控制198
4.3.2逻辑带的控制199
4.3.3每个基本运算只有一个器官的原则199
4.3.4由此引起的特殊记忆器官的需要199
4.3.5通过“控制序列点”进行控制200
4.3.6记忆存储控制201
4.3.7记忆存储控制的工作方式202
4.3.8混合的控制方式203
4.4混合数字方法203
4.5精度205
4.6现代模拟机器的特征207
4.7现代数字机器的特征207
4.7.1能动元件，速度的问题207
4.7.2需要的能动元件的数量208
4.7.3记忆器官，存取时间和记忆容量209
4.7.4以能动器官构成的记忆寄存器210
4.7.5记忆器官的层次化原理210
4.7.6记忆元件，存储访问问题211
4.7.7存储访问时间概念的复杂性212
4.7.8直接寻址的原理213
第二部分人脑213
4.8神经元功能的简化描述213
4.9神经脉冲的本质214
4.9.1激励的过程215
4.9.2由脉冲引起的激励脉冲的机制，它的数字特性215
4.9.3神经反应、疲乏和恢复的时间特性216
4.9.4神经元的大小，它和人工元件的比较217
4.9.5能量的消散，与人工元件的比较218
4.9.6相关比较的总结218
4.10激励的判据220
4.10.1最简单的——基本的逻辑判据220
4.10.2更复杂的激励判据221
4.10.3阈值221
4.10.4总和时间221
4.10.5接收器的激励判据222
4.11神经系统内的记忆问题223
4.11.1估计神经系统中记忆容量的原理224
4.11.2运用上述规则估计记忆容量225
4.11.3记忆的各种可能的物理体现225
4.11.4和人造计算机相比拟226
4.11.5记忆的基础元件不需要和基本能动器官的元件相同227
4.12神经系统的数字部分和模拟部分227
4.13代码及其在控制机器运行中的作用228
4.13.1完全码的概念229
4.13.2短码的概念229
4.13.3短码的功能230
4.14神经系统的逻辑结构231
4.14.1数值方法的重要性231
4.14.2数值方法与逻辑的交互作用232
4.14.3预计需要高精度的理由232
4.15使用的记号系统的性质：它不是数字的而是统计的232
4.15.1算术运算中的恶化现象及算术深度和逻辑深度的作用233
4.15.2算术的精度或逻辑的可靠度，它们的相互转换233
4.15.3可以运用的消息系统的其他统计特征234
4.16人脑的语言不是数学的语言234
思考题236
第5章 论以单处理器的方式实现大规模计算能力的有效性
（吉恩·M.阿姆达尔，1967年）237
5.1引言237
5.2串行负载的比例238
5.3影响并行度的非规则性等因素239
5.4串行负载的比例和问题非规则性的影响的量化结果240
5.5多处理器的性价比较低241
5.6关联处理器与非关联处理器的比较分析243
思考题243
第6章 多高速缓存系统中一致性问题的一个新解决方案
（卢西恩·M.申瑟等，1978年）244
6.1引言245
6.2传统解决方案248
6.3“存在标识”技术249
6.3.1指令处理器命令251
6.3.2高速缓存命令251
6.3.3主存命令253
6.3.4存在标识技术的可变因素253
6.3.5性能估计253
6.4结论255
附录256
参考文献260
思考题260
第7章 第三代体系结构可虚拟化的形式化条件
（杰拉尔德·J.波佩克等，1974年）261
7.1虚拟机概念262
7.2第三代计算机的一个模型264
7.3指令行为268
7.4虚拟机监控器270
7.5虚拟机特性272
7.6定理讨论273
7.7递归虚拟化277
7.8混合虚拟机277
7.9结论278
附录279
参考文献280
第8章 将更多的元件填塞到集成电路上
（戈登·E.摩尔，1965年）281
8.1引言282
8.2现状与未来283
8.3集成电子技术的建立284
8.4可靠性十分重要285
8.5成本曲线285
8.6边长两密耳的方块287
8.7增加良品率287
8.8发热问题288
8.9实现的时机288
8.10线性电路289
思考题290
第9章支持精简指令集计算机的理由
（大卫·A.帕特森等，1980年）291
9.1引言292
9.2复杂性增加的原因292
9.2.1内存速度与CPU速度293
9.2.2微码和LSI技术293
9.2.3代码密度293
9.2.4营销策略294
9.2.5向上兼容性294
9.2.6对高级语言的支持294
9.2.7多程序设计的使用294
9.3复杂指令集是如何被使用的295
9.4复杂指令集计算机实现的后果295
9.4.1更快的内存295
9.4.2不合理的实现296
9.4.3更长的设计时间296
9.4.4更多的设计错误296
9.5精简指令集计算机与超大规模集成电路297
9.5.1实现的可行性297
9.5.2设计时间297
9.5.3速度298
9.5.4 较好地利用芯片面积299
9.5.5支持高级语言计算机系统299
9.6为RISC架构做出的努力300
9.6.1伯克利的工作300
9.6.2贝尔实验室的工作301
9.6.3IBM的工作301
9.7结论301
参考文献302
思考题303
第10章 存储墙问题及其反思
（威廉·Ａ.沃尔夫等，1994年）304
第一部分触及存储墙：显而易见的现象背后的隐秘含义304
10.1引言305
10.2存储墙问题306
10.3预测何时触及存储墙308
10.4一些可能的解决方案312
第二部分有关“存储墙”的一些反思313
10.5引言313
10.6存储墙的一些相关工作314
10.7一些趋势316
10.8存储墙在哪里318
参考文献319
思考题320
第11章基础数据流处理器的初步架构
（杰克·B.丹尼斯等，1974年）321
11.1引言321
11.2初步处理器323
11.3基础数据流语言326
11.4基础数据流处理器328
11.5分支选择功能329
11.6指令单元的操作331
11.7两级存储器层次结构334
11.8指令存储器335
11.9单元块的操作336
11.10总结338
参考文献339
思考题340
第12章廉价磁盘冗余阵列的实例
（大卫·A.帕特森等，1988年）341
12.1背景：不断提高的CPU和内存性能341
12.2即将发生的I/O危机344
12.3一个解决方案：廉价磁盘阵列345
12.4注意事项346
12.5现在的坏消息是：可靠性347
12.6更好的解决方案：RAID347
12.7一级RAID：镜像磁盘350
12.8二级RAID：ECC的汉明码352
12.9三级RAID：每个组一个校验磁盘353
12.10四级RAID：独立读取/写入356
12.11五级RAID：无单个校验磁盘357
12.12讨论359
12.13结论361
附录可靠性计算362
参考文献363
思考题365
第13章微处理器的未来
（虞有澄，1996年）366
13.1引言366
13.2性能与资金成本367
13.3重新审视2000年的微处理器369
13.3.1硅技术369
13.3.2性能370
13.3.3体系结构370
13.3.4人机接口371
13.3.5带宽372
13.3.6设计372
13.3.7测试373
13.3.8兼容性373
13.3.9市场细分规模374
13.42006年微处理器情况会如何374
13.4.1晶体管与晶片尺寸375
13.4.2性能与体系结构375
13.4.3障碍375
13.4.4市场细分376
参考文献377
思考题378
第14章微处理器的未来
（谢哈尔·博尔卡尔等，2011年）379
14.1引言379
14.2 20年性能的指数级增长381
14.2.1晶体管速度扩展381
14.2.2核心微体系结构技术382
14.2.3高速缓存存储架构384
14.3下一个20年386
14.3.1封装功耗/总能耗限制了逻辑晶体管的数量387
14.3.2组织逻辑：多核与定制390
14.3.3精心编排数据移动：存储层次结构和互连394
14.3.4挑战极限：极限电路、变异性、弹性397
14.3.5软件挑战重现：可编程性与效率398
14.4结论399
参考文献401
考题403
术语汉英对照404
参考文献407