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计算机组成与设计 硬件/软件接口 RISC-V版 原书第2版

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作者(美)戴维·A.帕特森,(美)约翰·L.亨尼斯

出版社机械工业出版社

ISBN9787111727972

出版时间2023-07

装帧平装

开本16开

定价169元

货号1202997529

上书时间2024-09-05

谢岳书店
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译者序

前言

作者简介

第1章 计算机抽象及相关技术 1

1.1 引言 1

1.1.1 传统的计算应用分类及其特点 2

1.1.2 欢迎来到后PC时代 3

1.1.3 你能从本书中学到什么 4

1.2 计算机体系结构中的7个伟大思想 6

1.2.1 使用抽象简化设计 6

1.2.2 加速经常性事件 6

1.2.3 通过并行提高性能 7

1.2.4 通过流水线提高性能 7

1.2.5 通过预测提高性能 7

1.2.6 存储层次 7

1.2.7 通过冗余提高可靠性 7

1.3 程序表象之下 8

1.4 箱盖后的硬件 10

1.4.1 显示器 11

1.4.2 触摸屏 12

1.4.3 打开机箱 13

1.4.4 数据安全 15

1.4.5 与其他计算机通信 16

1.5 处理器和存储制造技术 17

1.6 性能 20

1.6.1 性能的定义 20

1.6.2 性能的度量 22

1.6.3 CPU性能及其度量因素 23

1.6.4 指令性能 24

1.6.5 经典的CPU性能公式 25

1.7 功耗墙 28

1.8 沧海巨变：从单处理器向多处理器转变 30

1.9 实例：评测Intel Core i7 32

1.9.1 SPEC CPU基准评测程序 32

1.9.2 SPEC功耗基准评测程序 34

1.10 性能提升：使用Python语言编写矩阵乘法程序 34

1.11 谬误与陷阱 35

1.12 本章小结 37

1.13 历史视角和拓展阅读 39

1.14 自学 39

1.15 练习 41

第2章 指令：计算机的语言 46

2.1 引言 46

2.2 计算机硬件的操作 48

2.3 计算机硬件的操作数 50

2.3.1 存储器操作数 51

2.3.2 常数或立即数操作数 53

2.4 有符号数与无符号数 54

2.5 计算机中的指令表示 59

2.6 逻辑操作 65

2.7 用于决策的指令 67

2.7.1 循环 68

2.7.2 边界检查的简便方法 70

2.7.3 case/switch语句 70

2.8 计算机硬件对过程的支持 71

2.8.1 使用更多的寄存器 72

2.8.2 嵌套过程 74

2.8.3 在栈中为新数据分配空间 75

2.8.4 在堆中为新数据分配空间 76

2.9 人机交互 78

2.10 对大立即数的RISC-V编址和寻址 82

2.10.1 大立即数 82

2.10.2 分支中的寻址 83

2.10.3 RISC-V寻址模式总结 85

2.10.4 机器语言译码 86

2.11 并行性与指令：同步 88

2.12 翻译并启动程序 90

2.12.1 编译器 90

2.12.2 汇编器 90

2.12.3 链接器 92

2.12.4 加载器 94

2.12.5 动态链接库 94

2.12.6 启动Java程序 96

2.13 以C排序程序为例的汇总整理 97

2.13.1 swap过程 97

2.13.2 sort过程 98

2.14 数组与指针 102

2.14.1 用数组实现clear 103

2.14.2 用指针实现clear 104

2.14.3 比较两个版本的clear 105

2.15 高级专题：编译C语言和解释Java语言 105

2.16 实例：MIPS指令 105

2.17 实例：ARMv7（32位）指令 106

2.17.1 寻址模式 107

2.17.2 比较和条件分支指令 108

2.17.3 ARM的独特之处 108

2.18 实例：ARMv8（64位）指令 109

2.19 实例：x86指令 109

2.19.1 Intel x86的演变 110

2.19.2 x86寄存器和寻址模式 111

2.19.3 x86整数操作 113

2.19.4 x86指令编码 115

2.19.5 x86总结 116

2.20 实例：RISC-V指令系统的剩余部分 116

2.21 性能提升：使用C语言编写矩阵乘法程序 117

2.22 谬误与陷阱 118

2.23 本章小结 120

2.24 历史视角和扩展阅读 122

2.25 自学 122

2.26 练习 124

第3章 计算机的算术运算 130

3.1 引言 130

3.2 加法和减法 130

3.3 乘法 133

3.3.1 串行版的乘法算法及其硬件实现 133

3.3.2 带符号乘法 136

3.3.3 快速乘法 136

3.3.4 RISC-V中的乘法 136

3.3.5 总结 137

3.4 除法 137

3.4.1 除法算法及其硬件实现 137

3.4.2 有符号除法 140

3.4.3 快速除法 140

3.4.4 RISC-V中的除法 141

3.4.5 总结 141

3.5 浮点运算 142

3.5.1 浮点表示 143

3.5.2 例外和中断 144

3.5.3 IEEE 754浮点数标准 144

3.5.4 浮点加法 147

3.5.5 浮点乘法 150

3.5.6 RISC-V中的浮点指令 153

3.5.7 准确算术 157

3.5.8 总结 159

3.6 并行性与计算机算术：子字并行 160

3.7 实例：x86中的SIMD扩展和高级向量扩展 160

3.8 性能提升：子字并行和矩阵乘法 162

3.9 谬误与陷阱 163

3.10 本章小结 166

……

内容摘要
本书由2017年图灵奖得主Patterson和Hennessy共同撰写，是计算机体系结构领域的经典书籍，强调软硬件协同设计及其对性能的影响。本书采用开源的RISC-V指令系统体系结构, 讲解硬件技术、指令、算术运算、流水线、存储层次、I/O以及并行处理器等。第2版将RV64切换为RV32以降低学习难度，新增关于领域定制体系结构（DSA）的讨论以反映新的技术趋势。此外，每一章都增加了“性能提升”和“自学”章节，并更新了大量练习题。本书适合计算机体系结构领域的专业技术人员参考，也适合高等院校计算机相关专业的学生阅读。

主编推荐
本书由图灵奖得主Patterson和Hennessy联袂撰写，是计算机体系结构新黄金时代推荐阅读之作。根据读者的需求，这一版将RV64切换为RV32，减少10条指令，降低学习难度；新增关于领域定制体系结构（DSA）的讨论，使用Google的TPUv1作为示例，还新增了TPUv3 DSA超级计算机与NVIDIA Volta GPU集群的比较；每一章都增加了“性能提升”一节，分别采用数据级并行、指令级并行、线程级并行等方法，仅增加21行代码便使矩阵乘法程序加速近50 000倍，直观呈现出硬件对提高能效的重要性。

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