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計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教程(第4版) 版權(quán)信息
- ISBN：9787302651178
- 條形碼：9787302651178 ; 978-7-302-65117-8
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類：>>
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教程(第4版) 本書特色
本書是“十二五”普通高等教育本科國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材、國(guó)家級(jí)一流課程教材和普通高等教育精品教材。本書系統(tǒng)地論述了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、基本結(jié)構(gòu)、基本方法等，強(qiáng)調(diào)從開(kāi)發(fā)并行性的角度、用量化分析（性能評(píng)價(jià)）的方法來(lái)研究和分析計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本書配套資源豐富，包括教學(xué)大綱、教學(xué)課件、850分鐘的微課視頻和在線題庫(kù)。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教程(第4版) 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書系統(tǒng)地論述了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、基本結(jié)構(gòu)、基本方法等，強(qiáng)調(diào)從開(kāi)發(fā)并行性的角度、用量化分析（性能評(píng)價(jià)）的方法研究和分析計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且采用微課的形式，配備了教學(xué)動(dòng)畫和視頻。 全書共有15章。第1章論述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本概念、并行性的發(fā)展和定量分析基礎(chǔ)。第2章論述計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和MIPS指令系統(tǒng)。第3章論述流水線技術(shù)，包括性能分析、調(diào)度、相關(guān)與沖突以及流水線的實(shí)現(xiàn)。第4章論述向量處理機(jī)的結(jié)構(gòu)、常用技術(shù)和性能評(píng)價(jià)。第5章和第6章分別論述如何用硬件和軟件的方法開(kāi)發(fā)指令級(jí)并行性，包括Tomasulo算法、基于硬件的前瞻執(zhí)行、多指令流出技術(shù)、循環(huán)展開(kāi)、VLIW、EPIC等。第7章論述存儲(chǔ)系統(tǒng)，重點(diǎn)論述Cache的基本知識(shí)及提高Cache性能的各種方法。第8章論述總線、通道處理機(jī)和RAID。第9章論述互連網(wǎng)絡(luò)的特性參數(shù)、靜/動(dòng)態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)以及消息傳遞機(jī)制等。第10章論述SMP、DSM、MPP等并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及多Cache一致性、同步、同時(shí)多線程。第11章論述多核架構(gòu)以及基于多核的并行程序設(shè)計(jì)。第12章論述機(jī)群系統(tǒng)。第13章論述領(lǐng)域?qū)Ｓ皿w系結(jié)構(gòu)。*后兩章分別論述陣列處理機(jī)和數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)。 本書內(nèi)容豐富、語(yǔ)言簡(jiǎn)練、可讀性好，可作為高等院校計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的教材，也可作為相關(guān)科技人員的參考書。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教程(第4版) 目錄
CONTENTS
第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)1
1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念1
1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)2
1.1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義3
1.1.3計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)3
1.1.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類4
1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7
1.2.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定量原理7
1.2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的主要任務(wù)10
1.2.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要方法12
1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)測(cè)13
1.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展17
1.4.1馮·諾依曼結(jié)構(gòu)及其改進(jìn)17
1.4.2軟件對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響19
1.4.3器件發(fā)展對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響21
1.4.4應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響22
1.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中并行性的發(fā)展23
1.5.1并行性的概念23
1.5.2提高并行性的技術(shù)途徑25
1.5.3單機(jī)系統(tǒng)中并行性的發(fā)展25
1.5.4多機(jī)系統(tǒng)中并行性的發(fā)展25
1.5.5并行機(jī)的發(fā)展變化26
習(xí)題128
第2章指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)30
2.1指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類30
2.2指令系統(tǒng)的尋址方式32
2.3指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化35
2.3.1指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則35
2.3.2控制指令36
2.3.3指令操作碼的優(yōu)化37
2.3.4指令字格式的優(yōu)化40
2.4指令系統(tǒng)的發(fā)展和改進(jìn)42
2.4.1沿CISC方向發(fā)展和改進(jìn)指令系統(tǒng)42
2.4.2沿RISC方向發(fā)展和改進(jìn)指令系統(tǒng)43
2.5操作數(shù)的類型和大小45
2.6MIPS指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)47
2.6.1MIPS的寄存器47
2.6.2MIPS的數(shù)據(jù)表示47
2.6.3MIPS的數(shù)據(jù)尋址方式47
2.6.4MIPS的指令格式48
2.6.5MIPS的操作49
2.6.6MIPS的控制指令50
2.6.7MIPS的浮點(diǎn)操作51
習(xí)題251
目錄計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教程(第4版)第3章流水線技術(shù)53
3.1流水線的基本概念53
3.1.1什么是流水線53
3.1.2流水線的分類55
3.2流水線的性能指標(biāo)58
3.2.1流水線的吞吐率58
3.2.2流水線的加速比60
3.2.3流水線的效率61
3.2.4流水線的性能分析舉例62
3.2.5流水線設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題64
3.3非線性流水線的調(diào)度64
3.3.1單功能非線性流水線的*優(yōu)調(diào)度65
3.3.2多功能非線性流水線的調(diào)度67
3.4流水線的相關(guān)與沖突70
3.4.1一條經(jīng)典的5段流水線70
3.4.2相關(guān)與流水線沖突72
3.5流水線的實(shí)現(xiàn)83
3.5.1MIPS的一種簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)83
3.5.2基本的MIPS流水線85
習(xí)題390
第4章向量處理機(jī)93
4.1向量的處理方式93
4.2向量處理機(jī)的結(jié)構(gòu)95
4.2.1“存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器”結(jié)構(gòu)95
4.2.2“寄存器寄存器”結(jié)構(gòu)95
4.3提高向量處理機(jī)性能的常用技術(shù)97
4.3.1設(shè)置多個(gè)功能部件98
4.3.2鏈接技術(shù)98
4.3.3分段開(kāi)采技術(shù)101
4.3.4采用多處理機(jī)系統(tǒng)101
4.4向量處理機(jī)的性能評(píng)價(jià)102
4.4.1向量指令的處理時(shí)間Tvp102
4.4.2*大性能R∞和半性能向量長(zhǎng)度n1/2104
4.4.3向量長(zhǎng)度臨界值n?瘙經(jīng)105
4.5向量處理機(jī)實(shí)例106
4.5.1具有代表性的向量處理機(jī)106
4.5.2Cray YMP和C90106
4.5.3NEC SXX44108
習(xí)題4108
第5章指令級(jí)并行及其開(kāi)發(fā)——硬件方法110
5.1指令級(jí)并行的概念110
5.2相關(guān)與指令級(jí)并行111
5.3指令的動(dòng)態(tài)調(diào)度112
5.3.1動(dòng)態(tài)調(diào)度的基本思想112
5.3.2記分牌動(dòng)態(tài)調(diào)度方法114
5.3.3Tomasulo算法121
5.4動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)技術(shù)131
5.4.1采用分支歷史表132
5.4.2采用分支目標(biāo)緩沖器133
5.4.3基于硬件的前瞻執(zhí)行135
5.5多指令流出技術(shù)139
5.5.1基于靜態(tài)調(diào)度的多流出技術(shù)140
5.5.2基于動(dòng)態(tài)調(diào)度的多流出技術(shù)142
5.5.3超長(zhǎng)指令字技術(shù)145
5.5.4多指令流出處理器受到的限制146
5.5.5超流水線處理機(jī)146
習(xí)題5149
第6章指令級(jí)并行的開(kāi)發(fā)——軟件方法151
6.1基本指令調(diào)度和循環(huán)展開(kāi)151
6.1.1指令調(diào)度的基本方法151
6.1.2循環(huán)展開(kāi)153
6.2跨越基本塊的靜態(tài)指令調(diào)度155
6.2.1全局指令調(diào)度155
6.2.2蹤跡調(diào)度157
6.2.3超塊調(diào)度160
6.3靜態(tài)多指令流出: VLIW技術(shù)161
6.4顯式并行指令計(jì)算163
6.4.1非綁定分支164
6.4.2謂詞執(zhí)行165
6.4.3前瞻執(zhí)行167
6.5開(kāi)發(fā)更多的指令級(jí)并行170
6.5.1挖掘更多的循環(huán)級(jí)并行170
6.5.2軟流水175
6.6實(shí)例: IA64體系結(jié)構(gòu)178
6.6.1IA64的指令格式179
6.6.2IA64的謂詞執(zhí)行機(jī)制181
6.6.3IA64的前瞻執(zhí)行機(jī)制183
習(xí)題6183
第7章存儲(chǔ)系統(tǒng)185
7.1存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)185
7.1.1存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)概述185
7.1.2存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能參數(shù)186
7.1.3三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)187
7.1.4存儲(chǔ)層次的4個(gè)問(wèn)題189
7.2Cache的基本知識(shí)189
7.2.1基本結(jié)構(gòu)和原理189
7.2.2映像規(guī)則190
7.2.3查找方法192
7.2.4Cache的工作過(guò)程194
7.2.5替換算法195
7.2.6寫策略199
7.2.7Cache性能分析200
7.2.8改進(jìn)Cache性能202
7.3降低Cache的不命中率203
7.3.1三種類型的不命中203
7.3.2增加Cache塊大小205
7.3.3增加Cache的容量206
7.3.4提高相聯(lián)度206
7.3.5偽相聯(lián)Cache207
7.3.6硬件預(yù)取208
7.3.7編譯器控制的預(yù)取208
7.3.8編譯優(yōu)化209
7.3.9“犧牲”Cache211
7.4減少Cache的不命中開(kāi)銷212
7.4.1采用兩級(jí)Cache212
7.4.2讓讀不命中優(yōu)先于寫215
7.4.3寫緩沖合并215
7.4.4請(qǐng)求字處理技術(shù)216
7.4.5非阻塞Cache技術(shù)216
7.5減少命中時(shí)間217
7.5.1容量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的Cache217
7.5.2虛擬Cache217
7.5.3Cache訪問(wèn)流水化220
7.5.4蹤跡Cache220
7.5.5Cache優(yōu)化技術(shù)總結(jié)220
7.6并行主存系統(tǒng)221
7.6.1單體多字存儲(chǔ)器222
7.6.2多體交叉存儲(chǔ)器222
7.6.3避免存儲(chǔ)體沖突226
7.7虛擬存儲(chǔ)器228
7.7.1基本概念228
7.7.2快速地址轉(zhuǎn)換技術(shù)229
7.7.3頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器實(shí)例: 64位Opteron的存儲(chǔ)管理229
7.8實(shí)例: AMD Opteron的存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)232
習(xí)題7236
第8章輸入輸出系統(tǒng)239
8.1I/O系統(tǒng)的性能239
8.2I/O系統(tǒng)的可靠性、可用性和可信性240
8.3廉價(jià)磁盤冗余陣列241
8.3.1RAID0243
8.3.2RAID1243
8.3.3RAID2244
8.3.4RAID3245
8.3.5RAID4245
8.3.6RAID5246
8.3.7RAID6246
8.3.8RAID10與RAID01247
8.3.9RAID的實(shí)現(xiàn)與發(fā)展247
8.4總線248
8.4.1總線的設(shè)計(jì)248
8.4.2總線標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)例250
8.4.3與CPU的連接251
8.5通道處理機(jī)252
8.5.1通道的作用和功能252
8.5.2通道的工作過(guò)程253
8.5.3通道種類255
8.5.4通道流量分析257
8.6I/O與操作系統(tǒng)259
8.6.1DMA和虛擬存儲(chǔ)器259
8.6.2I/O和Cache數(shù)據(jù)一致性260
習(xí)題8262
第9章互連網(wǎng)絡(luò)264
9.1互連函數(shù)264
9.1.1互連函數(shù)的表示方法264
9.1.2幾種基本的互連函數(shù)265
9.2互連網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與性能指標(biāo)269
9.2.1互連網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)參數(shù)269
9.2.2互連網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)270
9.3靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)271
9.4動(dòng)態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)277
9.4.1總線網(wǎng)絡(luò)277
9.4.2交叉開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)277
9.4.3多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)279
9.4.4動(dòng)態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)的比較282
9.5消息傳遞機(jī)制283
9.5.1消息尋徑方案283
9.5.2死鎖與虛擬通道286
9.5.3流控制策略287
9.5.4選播和廣播尋徑算法291
習(xí)題9292
第10章多處理機(jī)294
10.1引言294
10.1.1并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類294
10.1.2存儲(chǔ)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信機(jī)制296
10.1.3并行處理面臨的挑戰(zhàn)298
10.2對(duì)稱式共享存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)300
10.2.1多處理機(jī)Cache一致性300
10.2.2實(shí)現(xiàn)一致性的基本方案301
10.2.3監(jiān)聽(tīng)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)304
10.3分布式共享存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)308
10.3.1目錄協(xié)議的基本思想308
10.3.2目錄協(xié)議實(shí)例311
10.3.3目錄的三種結(jié)構(gòu)314
10.4同步316
10.4.1基本硬件原語(yǔ)316
10.4.2用一致性實(shí)現(xiàn)鎖318
10.4.3同步性能問(wèn)題320
10.5同時(shí)多線程322
10.5.1將線程級(jí)并行轉(zhuǎn)換為指令級(jí)并行323
10.5.2同時(shí)多線程處理器的設(shè)計(jì)324
10.5.3同時(shí)多線程的性能325
10.6大規(guī)模并行處理機(jī)326
10.6.1并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)326
10.6.2大規(guī)模并行處理機(jī)328
10.7多核處理器及性能對(duì)比331
10.8多處理機(jī)實(shí)例——Origin 2000336
習(xí)題10342
第11章多核架構(gòu)與編程344
11.1多核架構(gòu)的需求344
11.1.1功耗與散熱問(wèn)題344
11.1.2并行度問(wèn)題345
11.1.3應(yīng)用軟件問(wèn)題346
11.2多核架構(gòu)346
11.2.1多核的組織架構(gòu)347
11.2.2多核架構(gòu)實(shí)例348
11.3基于多核的并行程序設(shè)計(jì)351
11.3.1并行編程模型概述351
11.3.2共享存儲(chǔ)模型與消息傳遞模型352
11.3.3并行語(yǔ)言354
11.3.4并行算法355
11.4多核編程實(shí)例355
11.4.1一個(gè)簡(jiǎn)單的OpenMP程序356
11.4.2OpenMP中的排序算法357
習(xí)題11 359
第12章機(jī)群系統(tǒng)360
12.1機(jī)群的基本結(jié)構(gòu)361
12.1.1機(jī)群的硬件組成361
12.1.2機(jī)群的軟件362
12.2機(jī)群的特點(diǎn)363
12.3機(jī)群的分類364
12.4典型機(jī)群系統(tǒng)簡(jiǎn)介365
12.4.1Berkeley NOW365
12.4.2Beowulf366
12.4.3LAMP366
12.4.4IBM SP2367
12.4.5天河2號(hào)368
習(xí)題12372
第13章領(lǐng)域?qū)Ｓ皿w系結(jié)構(gòu)373
13.1選擇DSA的原因373
13.2DSA的設(shè)計(jì)原則374
13.3深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)376
13.3.1DNN的神經(jīng)單元376
13.3.2典型的DNN模型378
13.4張量處理器383
13.5微軟Catapult390
習(xí)題13399
第14章陣列處理機(jī)400
14.1陣列處理機(jī)的操作模型和特點(diǎn)400
14.2陣列處理機(jī)的基本結(jié)構(gòu)401
14.2.1分布式存儲(chǔ)器的陣列機(jī)401
14.2.2共享存儲(chǔ)器的陣列機(jī)402
14.3陣列處理機(jī)實(shí)例403
14.3.1實(shí)例1: Illiac Ⅳ陣列處理機(jī)403
14.3.2實(shí)例2: BSP計(jì)算機(jī)406
14.4陣列處理機(jī)的并行算法舉例410
習(xí)題14413
第15章數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)415
15.1數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)的基本原理415
15.1.1數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)原理415
15.1.2數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)中指令的執(zhí)行過(guò)程416
15.1.3數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)的指令結(jié)構(gòu)417
15.2數(shù)據(jù)流程序圖和數(shù)據(jù)流語(yǔ)言417
15.2.1數(shù)據(jù)流程序圖417
15.2.2數(shù)據(jù)流語(yǔ)言及其性質(zhì)421
15.3數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)422
15.3.1靜態(tài)數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)422
15.3.2動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)424
15.4數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)的評(píng)價(jià)427
15.4.1數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)427
15.4.2數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)的缺點(diǎn)428
15.4.3數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中需解決的問(wèn)題429
習(xí)題15429
參考文獻(xiàn)431
第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)1
1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念1
1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)2
1.1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義3
1.1.3計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)3
1.1.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類4
1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7
1.2.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定量原理7
1.2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的主要任務(wù)10
1.2.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要方法12
1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)測(cè)13
1.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展17
1.4.1馮·諾依曼結(jié)構(gòu)及其改進(jìn)17
1.4.2軟件對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響19
1.4.3器件發(fā)展對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響21
1.4.4應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響22
1.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中并行性的發(fā)展23
1.5.1并行性的概念23
1.5.2提高并行性的技術(shù)途徑25
1.5.3單機(jī)系統(tǒng)中并行性的發(fā)展25
1.5.4多機(jī)系統(tǒng)中并行性的發(fā)展25
1.5.5并行機(jī)的發(fā)展變化26
習(xí)題128
第2章指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)30
2.1指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類30
2.2指令系統(tǒng)的尋址方式32
2.3指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化35
2.3.1指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則35
2.3.2控制指令36
2.3.3指令操作碼的優(yōu)化37
2.3.4指令字格式的優(yōu)化40
2.4指令系統(tǒng)的發(fā)展和改進(jìn)42
2.4.1沿CISC方向發(fā)展和改進(jìn)指令系統(tǒng)42
2.4.2沿RISC方向發(fā)展和改進(jìn)指令系統(tǒng)43
2.5操作數(shù)的類型和大小45
2.6MIPS指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)47
2.6.1MIPS的寄存器47
2.6.2MIPS的數(shù)據(jù)表示47
2.6.3MIPS的數(shù)據(jù)尋址方式47
2.6.4MIPS的指令格式48
2.6.5MIPS的操作49
2.6.6MIPS的控制指令50
2.6.7MIPS的浮點(diǎn)操作51
習(xí)題251
目錄計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教程(第4版)第3章流水線技術(shù)53
3.1流水線的基本概念53
3.1.1什么是流水線53
3.1.2流水線的分類55
3.2流水線的性能指標(biāo)58
3.2.1流水線的吞吐率58
3.2.2流水線的加速比60
3.2.3流水線的效率61
3.2.4流水線的性能分析舉例62
3.2.5流水線設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題64
3.3非線性流水線的調(diào)度64
3.3.1單功能非線性流水線的*優(yōu)調(diào)度65
3.3.2多功能非線性流水線的調(diào)度67
3.4流水線的相關(guān)與沖突70
3.4.1一條經(jīng)典的5段流水線70
3.4.2相關(guān)與流水線沖突72
3.5流水線的實(shí)現(xiàn)83
3.5.1MIPS的一種簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)83
3.5.2基本的MIPS流水線85
習(xí)題390
第4章向量處理機(jī)93
4.1向量的處理方式93
4.2向量處理機(jī)的結(jié)構(gòu)95
4.2.1“存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器”結(jié)構(gòu)95
4.2.2“寄存器寄存器”結(jié)構(gòu)95
4.3提高向量處理機(jī)性能的常用技術(shù)97
4.3.1設(shè)置多個(gè)功能部件98
4.3.2鏈接技術(shù)98
4.3.3分段開(kāi)采技術(shù)101
4.3.4采用多處理機(jī)系統(tǒng)101
4.4向量處理機(jī)的性能評(píng)價(jià)102
4.4.1向量指令的處理時(shí)間Tvp102
4.4.2*大性能R∞和半性能向量長(zhǎng)度n1/2104
4.4.3向量長(zhǎng)度臨界值n?瘙經(jīng)105
4.5向量處理機(jī)實(shí)例106
4.5.1具有代表性的向量處理機(jī)106
4.5.2Cray YMP和C90106
4.5.3NEC SXX44108
習(xí)題4108
第5章指令級(jí)并行及其開(kāi)發(fā)——硬件方法110
5.1指令級(jí)并行的概念110
5.2相關(guān)與指令級(jí)并行111
5.3指令的動(dòng)態(tài)調(diào)度112
5.3.1動(dòng)態(tài)調(diào)度的基本思想112
5.3.2記分牌動(dòng)態(tài)調(diào)度方法114
5.3.3Tomasulo算法121
5.4動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)技術(shù)131
5.4.1采用分支歷史表132
5.4.2采用分支目標(biāo)緩沖器133
5.4.3基于硬件的前瞻執(zhí)行135
5.5多指令流出技術(shù)139
5.5.1基于靜態(tài)調(diào)度的多流出技術(shù)140
5.5.2基于動(dòng)態(tài)調(diào)度的多流出技術(shù)142
5.5.3超長(zhǎng)指令字技術(shù)145
5.5.4多指令流出處理器受到的限制146
5.5.5超流水線處理機(jī)146
習(xí)題5149
第6章指令級(jí)并行的開(kāi)發(fā)——軟件方法151
6.1基本指令調(diào)度和循環(huán)展開(kāi)151
6.1.1指令調(diào)度的基本方法151
6.1.2循環(huán)展開(kāi)153
6.2跨越基本塊的靜態(tài)指令調(diào)度155
6.2.1全局指令調(diào)度155
6.2.2蹤跡調(diào)度157
6.2.3超塊調(diào)度160
6.3靜態(tài)多指令流出: VLIW技術(shù)161
6.4顯式并行指令計(jì)算163
6.4.1非綁定分支164
6.4.2謂詞執(zhí)行165
6.4.3前瞻執(zhí)行167
6.5開(kāi)發(fā)更多的指令級(jí)并行170
6.5.1挖掘更多的循環(huán)級(jí)并行170
6.5.2軟流水175
6.6實(shí)例: IA64體系結(jié)構(gòu)178
6.6.1IA64的指令格式179
6.6.2IA64的謂詞執(zhí)行機(jī)制181
6.6.3IA64的前瞻執(zhí)行機(jī)制183
習(xí)題6183
第7章存儲(chǔ)系統(tǒng)185
7.1存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)185
7.1.1存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)概述185
7.1.2存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能參數(shù)186
7.1.3三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)187
7.1.4存儲(chǔ)層次的4個(gè)問(wèn)題189
7.2Cache的基本知識(shí)189
7.2.1基本結(jié)構(gòu)和原理189
7.2.2映像規(guī)則190
7.2.3查找方法192
7.2.4Cache的工作過(guò)程194
7.2.5替換算法195
7.2.6寫策略199
7.2.7Cache性能分析200
7.2.8改進(jìn)Cache性能202
7.3降低Cache的不命中率203
7.3.1三種類型的不命中203
7.3.2增加Cache塊大小205
7.3.3增加Cache的容量206
7.3.4提高相聯(lián)度206
7.3.5偽相聯(lián)Cache207
7.3.6硬件預(yù)取208
7.3.7編譯器控制的預(yù)取208
7.3.8編譯優(yōu)化209
7.3.9“犧牲”Cache211
7.4減少Cache的不命中開(kāi)銷212
7.4.1采用兩級(jí)Cache212
7.4.2讓讀不命中優(yōu)先于寫215
7.4.3寫緩沖合并215
7.4.4請(qǐng)求字處理技術(shù)216
7.4.5非阻塞Cache技術(shù)216
7.5減少命中時(shí)間217
7.5.1容量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的Cache217
7.5.2虛擬Cache217
7.5.3Cache訪問(wèn)流水化220
7.5.4蹤跡Cache220
7.5.5Cache優(yōu)化技術(shù)總結(jié)220
7.6并行主存系統(tǒng)221
7.6.1單體多字存儲(chǔ)器222
7.6.2多體交叉存儲(chǔ)器222
7.6.3避免存儲(chǔ)體沖突226
7.7虛擬存儲(chǔ)器228
7.7.1基本概念228
7.7.2快速地址轉(zhuǎn)換技術(shù)229
7.7.3頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器實(shí)例: 64位Opteron的存儲(chǔ)管理229
7.8實(shí)例: AMD Opteron的存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)232
習(xí)題7236
第8章輸入輸出系統(tǒng)239
8.1I/O系統(tǒng)的性能239
8.2I/O系統(tǒng)的可靠性、可用性和可信性240
8.3廉價(jià)磁盤冗余陣列241
8.3.1RAID0243
8.3.2RAID1243
8.3.3RAID2244
8.3.4RAID3245
8.3.5RAID4245
8.3.6RAID5246
8.3.7RAID6246
8.3.8RAID10與RAID01247
8.3.9RAID的實(shí)現(xiàn)與發(fā)展247
8.4總線248
8.4.1總線的設(shè)計(jì)248
8.4.2總線標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)例250
8.4.3與CPU的連接251
8.5通道處理機(jī)252
8.5.1通道的作用和功能252
8.5.2通道的工作過(guò)程253
8.5.3通道種類255
8.5.4通道流量分析257
8.6I/O與操作系統(tǒng)259
8.6.1DMA和虛擬存儲(chǔ)器259
8.6.2I/O和Cache數(shù)據(jù)一致性260
習(xí)題8262
第9章互連網(wǎng)絡(luò)264
9.1互連函數(shù)264
9.1.1互連函數(shù)的表示方法264
9.1.2幾種基本的互連函數(shù)265
9.2互連網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與性能指標(biāo)269
9.2.1互連網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)參數(shù)269
9.2.2互連網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)270
9.3靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)271
9.4動(dòng)態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)277
9.4.1總線網(wǎng)絡(luò)277
9.4.2交叉開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)277
9.4.3多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)279
9.4.4動(dòng)態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)的比較282
9.5消息傳遞機(jī)制283
9.5.1消息尋徑方案283
9.5.2死鎖與虛擬通道286
9.5.3流控制策略287
9.5.4選播和廣播尋徑算法291
習(xí)題9292
第10章多處理機(jī)294
10.1引言294
10.1.1并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類294
10.1.2存儲(chǔ)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信機(jī)制296
10.1.3并行處理面臨的挑戰(zhàn)298
10.2對(duì)稱式共享存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)300
10.2.1多處理機(jī)Cache一致性300
10.2.2實(shí)現(xiàn)一致性的基本方案301
10.2.3監(jiān)聽(tīng)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)304
10.3分布式共享存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)308
10.3.1目錄協(xié)議的基本思想308
10.3.2目錄協(xié)議實(shí)例311
10.3.3目錄的三種結(jié)構(gòu)314
10.4同步316
10.4.1基本硬件原語(yǔ)316
10.4.2用一致性實(shí)現(xiàn)鎖318
10.4.3同步性能問(wèn)題320
10.5同時(shí)多線程322
10.5.1將線程級(jí)并行轉(zhuǎn)換為指令級(jí)并行323
10.5.2同時(shí)多線程處理器的設(shè)計(jì)324
10.5.3同時(shí)多線程的性能325
10.6大規(guī)模并行處理機(jī)326
10.6.1并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)326
10.6.2大規(guī)模并行處理機(jī)328
10.7多核處理器及性能對(duì)比331
10.8多處理機(jī)實(shí)例——Origin 2000336
習(xí)題10342
第11章多核架構(gòu)與編程344
11.1多核架構(gòu)的需求344
11.1.1功耗與散熱問(wèn)題344
11.1.2并行度問(wèn)題345
11.1.3應(yīng)用軟件問(wèn)題346
11.2多核架構(gòu)346
11.2.1多核的組織架構(gòu)347
11.2.2多核架構(gòu)實(shí)例348
11.3基于多核的并行程序設(shè)計(jì)351
11.3.1并行編程模型概述351
11.3.2共享存儲(chǔ)模型與消息傳遞模型352
11.3.3并行語(yǔ)言354
11.3.4并行算法355
11.4多核編程實(shí)例355
11.4.1一個(gè)簡(jiǎn)單的OpenMP程序356
11.4.2OpenMP中的排序算法357
習(xí)題11 359
第12章機(jī)群系統(tǒng)360
12.1機(jī)群的基本結(jié)構(gòu)361
12.1.1機(jī)群的硬件組成361
12.1.2機(jī)群的軟件362
12.2機(jī)群的特點(diǎn)363
12.3機(jī)群的分類364
12.4典型機(jī)群系統(tǒng)簡(jiǎn)介365
12.4.1Berkeley NOW365
12.4.2Beowulf366
12.4.3LAMP366
12.4.4IBM SP2367
12.4.5天河2號(hào)368
習(xí)題12372
第13章領(lǐng)域?qū)Ｓ皿w系結(jié)構(gòu)373
13.1選擇DSA的原因373
13.2DSA的設(shè)計(jì)原則374
13.3深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)376
13.3.1DNN的神經(jīng)單元376
13.3.2典型的DNN模型378
13.4張量處理器383
13.5微軟Catapult390
習(xí)題13399
第14章陣列處理機(jī)400
14.1陣列處理機(jī)的操作模型和特點(diǎn)400
14.2陣列處理機(jī)的基本結(jié)構(gòu)401
14.2.1分布式存儲(chǔ)器的陣列機(jī)401
14.2.2共享存儲(chǔ)器的陣列機(jī)402
14.3陣列處理機(jī)實(shí)例403
14.3.1實(shí)例1: Illiac Ⅳ陣列處理機(jī)403
14.3.2實(shí)例2: BSP計(jì)算機(jī)406
14.4陣列處理機(jī)的并行算法舉例410
習(xí)題14413
第15章數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)415
15.1數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)的基本原理415
15.1.1數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)原理415
15.1.2數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)中指令的執(zhí)行過(guò)程416
15.1.3數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)的指令結(jié)構(gòu)417
15.2數(shù)據(jù)流程序圖和數(shù)據(jù)流語(yǔ)言417
15.2.1數(shù)據(jù)流程序圖417
15.2.2數(shù)據(jù)流語(yǔ)言及其性質(zhì)421
15.3數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)422
15.3.1靜態(tài)數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)422
15.3.2動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)424
15.4數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)的評(píng)價(jià)427
15.4.1數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)427
15.4.2數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)的缺點(diǎn)428
15.4.3數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中需解決的問(wèn)題429
習(xí)題15429
參考文獻(xiàn)431
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計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教程(第4版) 作者簡(jiǎn)介
張晨曦（FotoSky），同濟(jì)大學(xué)攝影講師，計(jì)算機(jī)博士、教授，上海市教學(xué)名師，海市模范教師，杰出青年基金獲得者。1960年出生于福建龍巖，1988畢業(yè)于國(guó)防科技大學(xué)，獲博士學(xué)位，1992年被破格提拔為教授，年僅32歲，有攝影實(shí)踐和教學(xué)經(jīng)歷近20年。在《中國(guó)攝影年鑒》《中國(guó)攝影家》《攝影之友》以及《環(huán)境經(jīng)濟(jì)》等雜志上發(fā)表了30多幅作品。作品“神仙灣”獲2011年索尼全景攝影大賽二等獎(jiǎng)，作品“美麗博物館”獲2012第九屆上海雙年展“建筑、人、藝術(shù)”主題攝影展 作品獎(jiǎng)。作品“挪威館”被收入新華社出版的上海世博會(huì)畫冊(cè)，在色影無(wú)忌網(wǎng)站上發(fā)表的風(fēng)光片帖子獲數(shù)十萬(wàn)訪問(wèn)量。 15歲開(kāi)始當(dāng)中學(xué)老師，有42年的教齡，擅長(zhǎng)教學(xué)。編寫出版計(jì)算機(jī)專著和教材10余部，現(xiàn)正積極從事攝影的普及教育工作。
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