计算机体系结构基础 第3版
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作者胡伟武 等
出版社机械工业出版社
ISBN9787111691624
出版时间2022-01
装帧平装
开本16开
定价79元
货号1202538158
上书时间2024-03-28
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目录
丛书序言
推荐序
第3版自序
第2版自序
前言
第一部分引言
第1章引言2
1.1计算机体系结构的研究内容2
1.1.1一以贯之2
1.1.2什么是计算机5
1.1.3计算机的基本组成6
1.2衡量计算机的指标9
1.2.1计算机的性能9
1.2.2计算机的价格11
1.2.3计算机的功耗12
1.3计算机体系结构的发展13
1.3.1摩尔定律和工艺的发展15
1.3.2计算机应用和体系结构19
1.3.3计算机体系结构发展20
1.4体系结构设计的基本原则22
1.4.1平衡性22
1.4.2局部性24
1.4.3并行性24
1.4.4虚拟化25
1.5本章小结26
习题26
第二部分指令系统结构
第2章指令系统30
2.1指令系统简介30
2.2指令系统设计原则30
2.3指令系统发展历程32
2.3.1指令内容的演变32
2.3.2存储管理的演变34
2.3.3运行级别的演变36
2.4指令系统组成37
2.4.1地址空间37
2.4.2操作数39
2.4.3指令操作和编码41
2.5RISC指令集比较43
2.5.1指令格式比较43
2.5.2寻址方式比较44
2.5.3公共指令功能44
2.5.4不同指令系统的特色46
2.6C语言的机器表示47
2.6.1过程调用48
2.6.2流程控制语句49
2.7本章小结52
习题52
第3章特权指令系统53
3.1特权指令系统简介53
3.2异常与中断56
3.2.1异常分类56
3.2.2异常处理58
3.2.3中断60
3.3存储管理62
3.3.1存储管理的原理63
3.3.2TLB的结构和使用64
3.3.3TLB地址翻译相关异常的处理70
3.4本章小结73
习题74
第4章软硬件协同75
4.1应用程序二进制接口75
4.1.1寄存器约定76
4.1.2函数调用约定78
4.1.3进程虚拟地址空间82
4.1.4栈帧布局84
4.2六种常见的上下文切换场景87
4.2.1函数调用87
4.2.2异常和中断88
4.2.3系统调用89
4.2.4进程91
4.2.5线程92
4.2.6虚拟机93
4.2.7六种上下文切换场景的对比94
4.3同步机制94
4.3.1基于互斥的同步机制95
4.3.2非阻塞的同步机制96
4.4本章小结97
习题97
第三部分计算机硬件结构
第5章计算机组成原理和结构100
5.1冯·诺依曼结构100
5.2计算机的组成部件101
5.2.1运算器101
5.2.2控制器103
5.2.3存储器105
5.2.4输入/输出设备110
5.3计算机系统硬件结构发展113
5.3.1CPU-GPU-北桥-南桥四片结构113
5.3.2CPU-北桥-南桥三片结构114
5.3.3CPU-弱北桥-南桥三片结构114
5.3.4CPU-南桥两片结构115
5.3.5SoC单片结构116
5.4处理器和IO设备间的通信116
5.4.1IO寄存器寻址117
5.4.2处理器和IO设备之间的同步117
5.4.3存储器和IO设备之间的数据传送119
5.4.4龙芯3A3000+7A1000桥片系统中的CPU、GPU、DC通信120
5.5本章小结122
习题122
第6章计算机总线接口技术124
6.1总线概述125
6.2总线分类125
6.3片上总线126
6.4内存总线132
6.5系统总线139
6.5.1HyperTransport总线140
6.5.2HT包格式143
6.6设备总线145
6.6.1PCIE总线145
6.6.2PCIE包格式146
6.7本章小结147
习题148
第7章计算机系统启动过程分析149
7.1处理器核初始化149
7.1.1处理器复位150
7.1.2调试接口初始化152
7.1.3TLB初始化156
7.1.4Cache初始化157
7.2总线接口初始化160
7.2.1内存初始化160
7.2.2IO总线初始化161
7.3设备的探测及驱动加载162
7.4多核启动过程167
7.4.1初始化时的多核协同167
7.4.2操作系统启动时的多核唤醒168
7.4.3核间同步与通信169
7.5本章小结170
习题170
第四部分CPU微结构
第8章运算器设计172
8.1二进制与逻辑电路172
8.1.1计算机中数的表示172
8.1.2MOS晶体管工作原理178
8.1.3CMOS逻辑电路180
8.2简单运算器设计188
8.2.1定点补码加法器188
8.2.2减法运算实现193
8.2.3比较运算实现194
8.2.4移位器194
8.3定点补码乘法器195
8.3.1补码乘法器196
8.3.2Booth乘法器198
8.3.3华莱士树202
8.4本章小结206
习题206
第9章指令流水线208
9.1单周期处理器208
9.2流水线处理器210
9.3指令相关和流水线冲突213
9.3.1数据相关引发的冲突及解决办法214
9.3.2控制相关引发的冲突及解决办法216
9.3.3结构相关引发的冲突及解决办法219
9.4流水线与异常处理219
9.5提高流水线效率的技术220
9.5.1多发射数据通路220
9.5.2动态调度221
9.5.3转移预测225
9.5.4高速缓存229
9.6本章小结231
习题232
第五部分并行处理结构
第10章并行编程基础236
10.1程序的并行行为236
10.1.1指令级并行性236
10.1.2数据级并行性237
10.1.3任务级并行性237
10.2并行编程模型238
10.2.1单任务数据并行模型…238
10.2.2多任务共享存储编程模型238
10.2.3多任务消息传递编程模型239
10.2.4共享存储与消息传递编程模型的编程复杂度239
10.3典型并行编程环境242
10.3.1数据并行SIMD编程242
10.3.2POSIX编程标准244
10.3.3OpenMP标准247
10.3.4MPI消息传递编程接口253
10.4本章小结259
习题259
第11章多核处理结构260
11.1多核处理器的发展演化260
11.2多核处理器的访存结构263
11.2.1通用多核处理器的片上Cache结构263
11.2.2存储一致性模型265
11.2.3Cache一致性协议267
11.3多核处理器的互连结构272
11.4多核处理器的同步机制278
11.5典型多核处理器282
11.5.1龙芯3A5000处理器282
11.5.2Intel SandyBridge架构…284
11.5.3IBM Cell处理器286
11.5.4NVIDIA GPU287
11.5.5Tile64处理器289
11.6本章小结289
习题291
第六部分系统评价与性能分析
第12章计算机系统评价和性能分析294
12.1计算机系统性能评价指标294
12.1.1计算机系统常用性能评价指标295
12.1.2并行系统的性能评价指标299
12.2测试程序集300
12.2.1微基准测试程序301
12.2.2SPEC CPU基准测试程序310
12.2.3并行系统基准测试程序316
12.2.4其他常见的基准测试程序集319
12.3性能分析方法320
12.3.1分析建模的方法322
12.3.2模拟建模的方法和模拟器322
12.3.3性能测量的方法325
12.4性能测试和分析实例334
12.4.1SPEC CPU基准测试程序的分值对比335
12.4.2微结构相关统计数据338
12.4.3基础性能参数344
12.5本章小结348
习题348
总结：什么是计算机体系结构350
参考文献359
内容摘要
本书由国内从事微处理器设计的一线科研人员编写而成。作者从微处理器设计的角度出发，充分考虑计算机体系结构的学科完整性，强调体系结构、基础软件、电路和器件的融会贯通。全书共分12章，包括指令系统结构、计算机硬件结构、CPU微结构、并行处理结构、计算机性能分析等主要内容，重点放在作为软硬件界面的指令系统结构，以及包含CPU、GPU、南北桥协同的计算机硬件结构上。本书可作为高等院校“计算机体系结构”课程的本科生教材，同时也适合相关专业研究生或计算机技术人员参考阅读。
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