本書結構框架合理、實例豐富，系統(tǒng)介紹了計算機系統(tǒng)結構基礎及工程實現(xiàn)的方法，力求幫助讀者建立必要的理論體系和技術基礎，能夠以量化方式評價和分析現(xiàn)有計算機系統(tǒng)、部件的性能。
全書共10章，主要內容包括計算機系統(tǒng)結構概述、計算機指令集、指令流水線、指令級并行處理、內存系統(tǒng)、外存系統(tǒng)、數(shù)據(jù)級并行、多處理器、數(shù)據(jù)中心、專用加速器。
本書語言簡練、可讀性好，既可作為高等院校計算機及相關專業(yè)教材，也可作為計算機系統(tǒng)結構相關科技人員的參考書。
詳細介紹概念和技術點底層邏輯和設計原則，從而構建了一個必要的理論體系和技術基礎框架。
采用當前企業(yè)常用的RISC-V指令體系，融入了超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的相關知識，內容實用、技術前沿。
華中科技大學曹強教授力作，配有豐富教學資源：微課、教學課件、實驗指導、習題答案等。
曹強，華中科技大學武漢光電國家研究中心，信息存儲功能實驗室教授，計算機學院存儲所教授，博士生導師。1997年本科畢業(yè)于南京大學應用物理專業(yè)，后就讀于華中科技大學計算機學院，2000年獲得計算機應用專業(yè)碩士學位，于2003年獲得計算機系統(tǒng)結構博士學位，畢業(yè)后留校任教。2008年7月到2009年7月期間在美國Nebraska-Lincoln大學做訪問學者。主要研究領域包括計算機系統(tǒng)結構、大規(guī)模高性能存儲系統(tǒng)、新型存儲原理及系統(tǒng)、綠色長效存儲、近數(shù)據(jù)處理、光存儲、FPGA開發(fā)等。
第 1章 計算機系統(tǒng)結構概述 1
1.1 計算機系統(tǒng) 1
1.1.1 現(xiàn)代計算機起源和發(fā)展過程 1
1.1.2 通用計算機系統(tǒng)結構 3
1.1.3 計算機系統(tǒng)類型 4
1.1.4 處理器發(fā)展趨勢 6
1.1.5 關鍵部件發(fā)展 10
1.2 計算機系統(tǒng)結構 13
1.2.1 計算機系統(tǒng)結構定義 13
1.2.2 計算機系統(tǒng)結構范疇 15
1.2.3 計算機系統(tǒng)結構并行分類 15
1.3 計算機系統(tǒng)評價指標 16
1.3.1 性能指標 16
1.3.2 能耗和功率 17
1.3.3 成本和價格 20
1.3.4 可靠度 20
1.4 計算機系統(tǒng)設計原則 22
1.4.1 計算機設計原則 22
1.4.2 Amdahl定律 25
1.4.3 處理器性能公式（Iron定律） 26
1.5 計算機系統(tǒng)性能評價 28
1.5.1 性能測量方法 29
1.5.2 性能綜合評價方法 30
習 題 31
第 2章 計算機指令集 33
2.1 計算機指令集 33
2.1.1計算機指令集概述 34
2.1.2指令集體系架構 35
2.1.3指令集數(shù)據(jù)存取模式 37
2.2 編址和尋址方式 38
2.2.1內存編址 38
2.2.2尋址模式 40
2.2.3數(shù)據(jù)類型 41
2.3 指令類型及格式 42
2.3.1 指令類型 42
2.3.2 控制流指令 43
2.3.3 指令格式 44
2.5 編譯器 46
2.5.1 編譯器架構 47
2.5.2 編譯優(yōu)化 48
2.5.3 多媒體指令 49
2.5.4 擴展指令集 50
2.6 RISC-V指令集 52
習 題 56
第3章 指令流水線 59
3.1 指令集實現(xiàn) 59
3.1.1 基本邏輯電路 59
3.1.2 處理器單周期實現(xiàn) 60
3.2 指令流水線 63
3.2.1 流水線概念 63
3.2.2 RISC流水線 65
3.2.3流水線基本性能 69
3.3 流水線沖突 70
3.3.1 有停頓流水線性能 70
3.3.2 結構沖突 71
3.3.3 數(shù)據(jù)沖突 72
3.3.3 分支沖突 75
3.3.5 分支預測 79
3.4 流水線實現(xiàn) 83
習題 86
第4章 指令級并行處理 90
4.1 指令級并行概念 90
4.2 靜態(tài)指令調度 91
4.2.1 基本流水線調度和循環(huán)展開 91
4.2.2 編譯器靜態(tài)指令調度原則 95
4.3 動態(tài)指令調度 95
4.3.1 指令動態(tài)調度思想 96
4.3.2 Tomasulo動態(tài)調度機制 97
4.4 高級動態(tài)分支預測 106
4.5 多線程 108
4.5.1多線程技術 108
4.5.2 同時多線程超標量處理器 110
4.6華為泰山處理器 111
習題 112
第5章 內存系統(tǒng) 119
5.1 內存系統(tǒng)概述 119
5.1.1 存儲層次結構 119
5.1.2 內存主要類型 123
5.2 Cache機制 123
5.2.1 緩存組織 126
5.2.2 緩存性能 133
5.3 Cache優(yōu)化 139
5.3.1 提高命中率 142
5.4 虛擬內存 146
5.4.1 再談存儲器層次結構的4個問題 149
5.4.2 快速地址變換 151
5.4.3 頁大小 152
習題 152
第6章 外部存儲系統(tǒng) 159
6.1 外部存儲系統(tǒng) 159
6.1.1 存儲層次 159
6.1.2 主流存儲介質 161
6.2輸入/輸出系統(tǒng)結構 166
6.2.1 I/O硬件結構 166
6.2.2 I/O控制過程 168
6.2.3 I/O處理模式 169
6.2.4 I/O性能 171
6.4 存儲可靠性 172
6.4.1 可靠性 172
6.4.2 部件串并行系統(tǒng)的可靠性評估 173
6.5 磁盤陣列 174
6.5.1 RAID概念 174
6.5.2 RAID級別 175
6.6 存儲系統(tǒng)結構 180
6.6.1存儲處理架構 180
習題 182
第7章 數(shù)據(jù)級并行 184
7.1數(shù)據(jù)級并行 184
7.2向量處理器 185
7.2.1向量指令集體系結構 185
7.2.2向量處理器工作方式 187
7.2.3 多車道 191
7.2.4 處理變長向量 192
7.2.5 處理分支向量 193
7.2.6 高帶寬內存組 194
7.2.7處理多維數(shù)組 195
7.2.9向量體系結構編程 196
7.3 SIMD指令集 197
7.3.1 SIMD多媒體擴展指令集 197
7.4圖像處理器 201
7.4.1 GPU編程模型 201
7.4.2 GPU計算結構 202
7.4.7向量體系結構、擴展指令集和GPU的異同 208
習題 210
第8章 多處理器 214
8.1 多處理器概念 214
8.1.1 多處理器體系結構 215
8.1.2 并行處理的挑戰(zhàn) 218
8.2 互連網(wǎng)絡 219
8.2.1互連網(wǎng)絡概念 219
8.2.2互連網(wǎng)絡結構 222
8.3 緩存一致性概念 222
8.3.1緩存一致性概念 223
8.3.2監(jiān)聽一致性協(xié)議 224
8.4 同步 230
8.4.1同步原語 230
8.4.2旋轉鎖 232
8.5 存儲順序一致性 235
8.5.1存儲順序一致性 235
習題 237
第9章 數(shù)據(jù)中心 243
9.1 數(shù)據(jù)中心概述 243
9.1.1 數(shù)據(jù)中心的先驅 243
9.1.2 數(shù)據(jù)中心的出現(xiàn) 246
9.2 數(shù)據(jù)中心的工作負載 248
9.3 數(shù)據(jù)中心的計算機體系結構 252
9.3.1 數(shù)據(jù)中心存儲 253
9.3.2 陣列交換機 254
9.3.3 數(shù)據(jù)中心存儲層次結構 254
9.4 數(shù)據(jù)中心的效率與成本 258
習題 267
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