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計算機系統結構(第4版) 版權信息
- ISBN：9787121414770
- 條形碼：9787121414770 ; 978-7-121-41477-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
計算機系統結構(第4版) 本書特色
普通高等教育"十一五”國家級規劃教材注重理論聯系實踐讓讀者理解和掌握系統結構的基礎理論和方法，并建立系統級的思想反映了國內外計算機系統結構方面比較成熟的研究成果和*新發展。 增加了較多的新內容，凡屬于計算機系統結構的主要內容均有涉及。 對許多關鍵知識點的陳述更加深入，吸取了國外同類教材的部分量化研究方法，力求從系統定量分析和系統設計的維度來介紹計算機系統結構的基本概念和基本分析方法。
計算機系統結構(第4版) 內容簡介
本書是普通高等教育“十一五”重量規劃教材。全書共 6 章。第 1 章簡要介紹計算機系統結構的基本概念，以及計算機系統結構的形成和發展過程。第 2 章到第 6 章以現代計算機系統結構和并行處理為主線，本著計算機系統結構中硬中有軟、軟中有硬、相互轉換、彼此滲透的觀點，從原理、結構、分析、設計和實現等方面，對 CPU 及加速部件、存儲系統結構、流水線結構、并行處理機、多處理機系統、RISC結構、集群、網格、云計算及虛擬化技術等進行了比較深入的分析和探討。本書是高等學校計算機專業本科生“計算機系統結構”課程的通用教材，也可作為有關專業研究生的教材和科技工作者的參考書。
計算機系統結構(第4版) 目錄
目 錄
第1章 計算機系統結構導論 1
1．1 計算機系統的基本概念 1
1．2 計算機系統的發展 1
1．2．1 馮??諾依曼體系結構的特點 2
1．2．2 器件發展對系統結構的影響 3
1．2．3 應用對系統結構的影響 4
1．2．4 算法對系統結構的影響 5
1．2．5 價格對系統結構的影響 5
1．2．6 功耗對系統結構的影響 5
1．3 計算機系統的功能和結構 6
1．3．1 計算機系統的層次結構 6
1．3．2 計算機系統結構定義 8
1．3．3 計算機組成與實現 9
1．3．4 計算機系統結構、組成和實現三者的關系 9
1．3．5 計算機系統的特性 10
1．4 計算機系統設計的方法 12
1．4．1 軟、硬件取舍的基本原則 12
1．4．2 計算機系統設計的定量原則 12
1．4．3 計算機系統的設計任務 14
1．4．4 計算機系統的設計步驟 15
1．5 現代計算機系統結構的研究領域 16
1．5．1 計算機系統結構分類 16
1．5．2 現代計算機系統結構研究方向 19
1．5．3 計算機系統結構發展趨勢 19
1．6 小結 21
習題 22
第2章 處理器及其相關技術 24
2．1 CPU組成 24
2．2 數據表示 25
2．3 指令優化 26
2．3．1 指令格式優化 26
2．3．2 指令系統分析 28
2．4 指令集 29
2．4．1 RISC和CISC 29
2．4．2 RISC-V 30
2．5 時鐘頻率 31
2．6 并行 31
2．6．1 指令級并行 31
2．6．2 線程級并行 32
2．6．3 數據并行和SIMD指令集 32
2．7 多核技術 33
2．8 CPU內部互連 34
2．8．1 早期的星形總線與跨Socket互連 34
2．8．2 Intel環形總線架構 35
2．8．3 Intel Mesh總線架構 37
2．8．4 AMD CCX架構和Infinity Fabric總線 37
2．9 CPU外部互連 39
2．10 OpenMP多線程并行編程 41
2．10．1 編譯制導語句 41
2．10．2 API函數 42
2．11 GPU 44
2．11．1 GPU概述 44
2．11．2 GPU硬件結構 46
2．11．3 GPU的存儲層次 48
2．12 CUDA 48
2．12．1 CUDA簡介 48
2．12．2 線程管理 49
2．12．3 CUDA編程 49
2．13 OpenMP-CUDA混合編程 51
2．14 多核CPU-GPU計算平臺任務調度 54
2．15 小結 57
習題 58
第3章 存儲系統結構 61
3．1 地址映像和變換 61
3．1．1 程序的定位 61
3．1．2 全相聯映像及其變換 66
3．1．3 直接映像及其變換 67
3．1．4 組相聯映像及其變換 68
3．1．5 段相聯映像及其變換 71
3．2 替換算法及其實現 72
3．2．1 替換算法的分析 72
3．2．2 LRU替換算法的實現 75
3．3 并行主存系統 77
3．3．1 并行主存系統頻寬分析 77
3．3．2 單體多字存儲器 78
3．3．3 多體交叉存儲器 79
3．3．4 地址空間的劃分和訪問周期的控制 81
3．4 高速緩沖存儲器（Cache） 84
3．4．1 Cache基本結構和工作原理 84
3．4．2 Cache的替換算法分析 86
3．4．3 Cache的透明性 87
3．4．4 任務切換對失效率的影響 88
3．4．5 多處理機系統的Cache結構 89
3．4．6 Cache-主存層次性能分析 90
3．4．7 Cache性能計算 92
3．5 虛擬存儲器 97
3．5．1 虛擬存儲器基本結構和工作原理 97
3．5．2 虛地址和輔存實地址的變換 98
3．5．3 多用戶虛擬存儲器 99
3．5．4 加快地址變換的方法 102
3．5．5 虛擬存儲器性能分析 105
3．6 主存保護與控制 108
3．6．1 主存保護 108
3．6．2 主存控制部件 111
3．6．3 磁盤冗余陣列 112
3．7 小結 115
習題 116
第4章 流水線結構 118
4．1 流水線結構原理 118
4．1．1 重疊方式 118
4．1．2 先行控制 121
4．1．3 流水線技術 123
4．2 線性流水線性能指標 126
4．2．1 吞吐率 126
4．2．2 加速比 127
4．2．3 效率 127
4．2．4 流水線段數選擇 128
4．3 非線性流水線 130
4．3．1 預約表和等待時間分析 130
4．3．2 無沖突調度 133
4．3．3 流水線調度優化 135
4．4 流水線相關處理 138
4．4．1 局部相關及處理 138
4．4．2 全局相關及處理 139
4．4．3 流水線中斷處理 139
4．5 超級流水處理機 140
4．5．1 超標量處理機 140
4．5．2 超流水線處理機 143
4．5．3 超長指令字處理機 144
4．6 小結 146
習題 147
第5章 并行處理機與多處理機系統 150
5．1 系統結構中的并行性概念 150
5．2 并行處理機基本結構 151
5．2．1 分布式存儲器結構 153
5．2．2 共享式存儲器結構 159
5．2．3 并行處理機特點 160
5．3 并行處理機互連網絡 160
5．3．1 互連網絡基本概念 161
5．3．2 單級互連函數 162
5．3．3 互連網絡特性 165
5．3．4 靜態互連網絡 166
5．3．5 動態互連網絡 171
5．3．6 多級互連網絡 173
5．3．7 互連網絡尋徑 177
5．4 多處理機系統 182
5．4．1 多處理機系統的定義 183
5．4．2 多重處理對處理機特性的要求 183
5．5 多處理機結構 185
5．5．1 多處理機的基本結構 185
5．5．2 多處理機的互連網絡 186
5．5．3 多處理機系統的存儲器結構 192
5．5．4 多處理機系統的特點 196
5．6 多處理機的軟件 197
5．6．1 算術表達式的并行算法 197
5．6．2 程序并行性分析 198
5．6．3 并行程序語言 199
5．6．4 多處理機的操作系統 202
5．7 多處理機系統實例 205
5．7．1 多處理機 205
5．7．2 Cmmp多處理機 207
5．8 小結 209
習題 210
第6章 集群、網格和云計算 212
6．1 集群概述 212
6．2 集群系統的軟硬件組成 214
6．2．1 計算節點 214
6．2．2 網絡 215
6．2．3 存儲節點 216
6．2．4 管理節點 218
6．2．5 MPI并行編程 220
6．3 集群系統的設計和維護 224
6．3．1 集群系統的設計 224
6．3．2 集群系統的維護 228
6．4 集群系統的性能測試 230
6．4．1 性能評價和測量 230
6．4．2 Linpack測試 232
6．5 高性能集群計算機系統實例 233
6．6 網格 235
6．6．1 網格概述 235
6．6．2 網格技術簡介 235
6．7 云計算 237
6．7．1 云計算概述 237
6．7．2 云計算的關鍵技術 240
6．7．3 OpenStack開源虛擬化平臺 245
6．8 大數據 247
6．9 小結 249
習題 250
參考文獻 251
第1章 計算機系統結構導論 1
1．1 計算機系統的基本概念 1
1．2 計算機系統的發展 1
1．2．1 馮??諾依曼體系結構的特點 2
1．2．2 器件發展對系統結構的影響 3
1．2．3 應用對系統結構的影響 4
1．2．4 算法對系統結構的影響 5
1．2．5 價格對系統結構的影響 5
1．2．6 功耗對系統結構的影響 5
1．3 計算機系統的功能和結構 6
1．3．1 計算機系統的層次結構 6
1．3．2 計算機系統結構定義 8
1．3．3 計算機組成與實現 9
1．3．4 計算機系統結構、組成和實現三者的關系 9
1．3．5 計算機系統的特性 10
1．4 計算機系統設計的方法 12
1．4．1 軟、硬件取舍的基本原則 12
1．4．2 計算機系統設計的定量原則 12
1．4．3 計算機系統的設計任務 14
1．4．4 計算機系統的設計步驟 15
1．5 現代計算機系統結構的研究領域 16
1．5．1 計算機系統結構分類 16
1．5．2 現代計算機系統結構研究方向 19
1．5．3 計算機系統結構發展趨勢 19
1．6 小結 21
習題 22
第2章 處理器及其相關技術 24
2．1 CPU組成 24
2．2 數據表示 25
2．3 指令優化 26
2．3．1 指令格式優化 26
2．3．2 指令系統分析 28
2．4 指令集 29
2．4．1 RISC和CISC 29
2．4．2 RISC-V 30
2．5 時鐘頻率 31
2．6 并行 31
2．6．1 指令級并行 31
2．6．2 線程級并行 32
2．6．3 數據并行和SIMD指令集 32
2．7 多核技術 33
2．8 CPU內部互連 34
2．8．1 早期的星形總線與跨Socket互連 34
2．8．2 Intel環形總線架構 35
2．8．3 Intel Mesh總線架構 37
2．8．4 AMD CCX架構和Infinity Fabric總線 37
2．9 CPU外部互連 39
2．10 OpenMP多線程并行編程 41
2．10．1 編譯制導語句 41
2．10．2 API函數 42
2．11 GPU 44
2．11．1 GPU概述 44
2．11．2 GPU硬件結構 46
2．11．3 GPU的存儲層次 48
2．12 CUDA 48
2．12．1 CUDA簡介 48
2．12．2 線程管理 49
2．12．3 CUDA編程 49
2．13 OpenMP-CUDA混合編程 51
2．14 多核CPU-GPU計算平臺任務調度 54
2．15 小結 57
習題 58
第3章 存儲系統結構 61
3．1 地址映像和變換 61
3．1．1 程序的定位 61
3．1．2 全相聯映像及其變換 66
3．1．3 直接映像及其變換 67
3．1．4 組相聯映像及其變換 68
3．1．5 段相聯映像及其變換 71
3．2 替換算法及其實現 72
3．2．1 替換算法的分析 72
3．2．2 LRU替換算法的實現 75
3．3 并行主存系統 77
3．3．1 并行主存系統頻寬分析 77
3．3．2 單體多字存儲器 78
3．3．3 多體交叉存儲器 79
3．3．4 地址空間的劃分和訪問周期的控制 81
3．4 高速緩沖存儲器（Cache） 84
3．4．1 Cache基本結構和工作原理 84
3．4．2 Cache的替換算法分析 86
3．4．3 Cache的透明性 87
3．4．4 任務切換對失效率的影響 88
3．4．5 多處理機系統的Cache結構 89
3．4．6 Cache-主存層次性能分析 90
3．4．7 Cache性能計算 92
3．5 虛擬存儲器 97
3．5．1 虛擬存儲器基本結構和工作原理 97
3．5．2 虛地址和輔存實地址的變換 98
3．5．3 多用戶虛擬存儲器 99
3．5．4 加快地址變換的方法 102
3．5．5 虛擬存儲器性能分析 105
3．6 主存保護與控制 108
3．6．1 主存保護 108
3．6．2 主存控制部件 111
3．6．3 磁盤冗余陣列 112
3．7 小結 115
習題 116
第4章 流水線結構 118
4．1 流水線結構原理 118
4．1．1 重疊方式 118
4．1．2 先行控制 121
4．1．3 流水線技術 123
4．2 線性流水線性能指標 126
4．2．1 吞吐率 126
4．2．2 加速比 127
4．2．3 效率 127
4．2．4 流水線段數選擇 128
4．3 非線性流水線 130
4．3．1 預約表和等待時間分析 130
4．3．2 無沖突調度 133
4．3．3 流水線調度優化 135
4．4 流水線相關處理 138
4．4．1 局部相關及處理 138
4．4．2 全局相關及處理 139
4．4．3 流水線中斷處理 139
4．5 超級流水處理機 140
4．5．1 超標量處理機 140
4．5．2 超流水線處理機 143
4．5．3 超長指令字處理機 144
4．6 小結 146
習題 147
第5章 并行處理機與多處理機系統 150
5．1 系統結構中的并行性概念 150
5．2 并行處理機基本結構 151
5．2．1 分布式存儲器結構 153
5．2．2 共享式存儲器結構 159
5．2．3 并行處理機特點 160
5．3 并行處理機互連網絡 160
5．3．1 互連網絡基本概念 161
5．3．2 單級互連函數 162
5．3．3 互連網絡特性 165
5．3．4 靜態互連網絡 166
5．3．5 動態互連網絡 171
5．3．6 多級互連網絡 173
5．3．7 互連網絡尋徑 177
5．4 多處理機系統 182
5．4．1 多處理機系統的定義 183
5．4．2 多重處理對處理機特性的要求 183
5．5 多處理機結構 185
5．5．1 多處理機的基本結構 185
5．5．2 多處理機的互連網絡 186
5．5．3 多處理機系統的存儲器結構 192
5．5．4 多處理機系統的特點 196
5．6 多處理機的軟件 197
5．6．1 算術表達式的并行算法 197
5．6．2 程序并行性分析 198
5．6．3 并行程序語言 199
5．6．4 多處理機的操作系統 202
5．7 多處理機系統實例 205
5．7．1 多處理機 205
5．7．2 Cmmp多處理機 207
5．8 小結 209
習題 210
第6章 集群、網格和云計算 212
6．1 集群概述 212
6．2 集群系統的軟硬件組成 214
6．2．1 計算節點 214
6．2．2 網絡 215
6．2．3 存儲節點 216
6．2．4 管理節點 218
6．2．5 MPI并行編程 220
6．3 集群系統的設計和維護 224
6．3．1 集群系統的設計 224
6．3．2 集群系統的維護 228
6．4 集群系統的性能測試 230
6．4．1 性能評價和測量 230
6．4．2 Linpack測試 232
6．5 高性能集群計算機系統實例 233
6．6 網格 235
6．6．1 網格概述 235
6．6．2 網格技術簡介 235
6．7 云計算 237
6．7．1 云計算概述 237
6．7．2 云計算的關鍵技術 240
6．7．3 OpenStack開源虛擬化平臺 245
6．8 大數據 247
6．9 小結 249
習題 250
參考文獻 251
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計算機系統結構(第4版) 作者簡介
沈文楓，上海大學計算機工程與科學學院副教授，多年來一直從事計算機系統結構與并行處理、計算機組成原理課程的教學；2005年上海大學優秀青年教師，2005年獲得上大鼎正獎教金等。
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