计算机系统结构（第4版）
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作者沈文枫
出版社电子工业
ISBN9787121414770
出版时间2021-07
装帧平装
开本16开
定价59.8元
货号1202455101
上书时间2024-06-06
商品详情
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作者简介
沈文枫，上海大学计算机工程与科学学院副教授，多年来一直从事计算机系统结构与并行处理、计算机组成原理课程的教学；2005年上海大学优秀青年教师，2005年获得上大鼎正奖教金等。
目录
目 录
第1章 计算机系统结构导论1
1.1 计算机系统的基本概念1
1.2 计算机系统的发展1
1.2.1 冯?诺依曼体系结构的特点2
1.2.2 器件发展对系统结构的影响3
1.2.3 应用对系统结构的影响4
1.2.4 算法对系统结构的影响5
1.2.5 价格对系统结构的影响5
1.2.6 功耗对系统结构的影响5
1.3 计算机系统的功能和结构6
1.3.1 计算机系统的层次结构6
1.3.2 计算机系统结构定义8
1.3.3 计算机组成与实现9
1.3.4 计算机系统结构、组成和实现三者的关系9
1.3.5 计算机系统的特性10
1.4 计算机系统设计的方法12
1.4.1 软、硬件取舍的基本原则12
1.4.2 计算机系统设计的定量原则12
1.4.3 计算机系统的设计任务14
1.4.4 计算机系统的设计步骤15
1.5 现代计算机系统结构的研究领域16
1.5.1 计算机系统结构分类16
1.5.2 现代计算机系统结构研究方向19
1.5.3 计算机系统结构发展趋势19
1.6 小结21
习题22
第2章 处理器及其相关技术24
2.1 CPU组成24
2.2 数据表示25
2.3 指令优化26
2.3.1 指令格式优化26
2.3.2 指令系统分析28
2.4 指令集29
2.4.1 RISC和CISC29
2.4.2 RISC-V30
2.5 时钟频率31
2.6 并行31
2.6.1 指令级并行31
2.6.2 线程级并行32
2.6.3 数据并行和SIMD指令集32
2.7 多核技术33
2.8 CPU内部互连34
2.8.1 早期的星形总线与跨Socket互连34
2.8.2 Intel环形总线架构35
2.8.3 Intel Mesh总线架构37
2.8.4 AMD CCX架构和Infinity Fabric总线37
2.9 CPU外部互连39
2.10 OpenMP多线程并行编程41
2.10.1 编译制导语句41
2.10.2 API函数42
2.11 GPU44
2.11.1 GPU概述44
2.11.2 GPU硬件结构46
2.11.3 GPU的存储层次48
2.12 CUDA48
2.12.1 CUDA简介48
2.12.2 线程管理49
2.12.3 CUDA编程49
2.13 OpenMP-CUDA混合编程51
2.14 多核CPU-GPU计算平台任务调度54
2.15 小结57
习题58
第3章 存储系统结构61
3.1 地址映像和变换61
3.1.1 程序的定位61
3.1.2 全相联映像及其变换66
3.1.3 直接映像及其变换67
3.1.4 组相联映像及其变换68
3.1.5 段相联映像及其变换71
3.2 替换算法及其实现72
3.2.1 替换算法的分析72
3.2.2 LRU替换算法的实现75
3.3 并行主存系统77
3.3.1 并行主存系统频宽分析77
3.3.2 单体多字存储器78
3.3.3 多体交叉存储器79
3.3.4 地址空间的划分和访问周期的控制81
3.4 高速缓冲存储器（Cache）84
3.4.1 Cache基本结构和工作原理84
3.4.2 Cache的替换算法分析86
3.4.3 Cache的透明性87
3.4.4 任务切换对失效率的影响88
3.4.5 多处理机系统的Cache结构89
3.4.6 Cache-主存层次性能分析90
3.4.7 Cache性能计算92
3.5 虚拟存储器97
3.5.1 虚拟存储器基本结构和工作原理97
3.5.2 虚地址和辅存实地址的变换98
3.5.3 多用户虚拟存储器99
3.5.4 加快地址变换的方法102
3.5.5 虚拟存储器性能分析105
3.6 主存保护与控制108
3.6.1 主存保护108
3.6.2 主存控制部件111
3.6.3 磁盘冗余阵列112
3.7 小结115
习题116
第4章 流水线结构118
4.1 流水线结构原理118
4.1.1 重叠方式118
4.1.2 先行控制121
4.1.3 流水线技术123
4.2 线性流水线性能指标126
4.2.1 吞吐率126
4.2.2 加速比127
4.2.3 效率127
4.2.4 流水线段数选择128
4.3 非线性流水线130
4.3.1 预约表和等待时间分析130
4.3.2 无冲突调度133
4.3.3 流水线调度优化135
4.4 流水线相关处理138
4.4.1 局部相关及处理138
4.4.2 全局相关及处理139
4.4.3 流水线中断处理139
4.5 超级流水处理机140
4.5.1 超标量处理机140
4.5.2 超流水线处理机143
4.5.3 超长指令字处理机144
4.6 小结146
习题147
第5章 并行处理机与多处理机系统150
5.1 系统结构中的并行性概念150
5.2 并行处理机基本结构151
5.2.1 分布式存储器结构153
5.2.2 共享式存储器结构159
5.2.3 并行处理机特点160
5.3 并行处理机互连网络160
5.3.1 互连网络基本概念161
5.3.2 单级互连函数162
5.3.3 互连网络特性165
5.3.4 静态互连网络166
5.3.5 动态互连网络171
5.3.6 多级互连网络173
5.3.7 互连网络寻径177
5.4 多处理机系统182
5.4.1 多处理机系统的定义183
5.4.2 多重处理对处理机特性的要求183
5.5 多处理机结构185
5.5.1 多处理机的基本结构185
5.5.2 多处理机的互连网络186
5.5.3 多处理机系统的存储器结构192
5.5.4 多处理机系统的特点196
5.6 多处理机的软件197
5.6.1 算术表达式的并行算法197
5.6.2 程序并行性分析198
5.6.3 并行程序语言199
5.6.4 多处理机的操作系统202
5.7 多处理机系统实例205
5.7.1 多处理机205
5.7.2 Cmmp多处理机207
5.8 小结209
习题210
第6章 集群、网格和云计算212
6.1 集群概述212
6.2 集群系统的软硬件组成214
6.2.1 计算节点214
6.2.2 网络215
6.2.3 存储节点216
6.2.4 管理节点218
6.2.5 MPI并行编程220
6.3 集群系统的设计和维护224
6.3.1 集群系统的设计224
6.3.2 集群系统的维护228
6.4 集群系统的性能测试230
6.4.1 性能评价和测量230
6.4.2 Linpack测试232
6.5 高性能集群计算机系统实例233
6.6 网格235
6.6.1 网格概述235
6.6.2 网格技术简介235
6.7 云计算237
6.7.1 云计算概述237
6.7.2 云计算的关键技术240
6.7.3 OpenStack开源虚拟化平台245
6.8 大数据247
6.9 小结249
习题250
参考文献251
内容摘要
本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材。全书共6章。第1章简要介绍计算机系统结构的基本概念，以及计算机系统结构的形成和发展过程。第2章到第6章以现代计算机系统结构和并行处理为主线，本着计算机系统结构中硬中有软、软中有硬、相互转换、彼此渗透的观点，从原理、结构、分析、设计和实现等方面，对CPU及加速部件、存储系统结构、流水线结构、并行处理机、多处理机系统、RISC结构、集群、网格、云计算及虚拟化技术等进行了比较深入的分析和探讨。本书是高等学校计算机专业本科生“计算机系统结构”课程的通用教材，也可作为有关专业研究生的教材和科技工作者的参考书。
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