計算機系統結構——一種定量的方法

《計算機系統結構——一種定量的方法》是清華大學出版社2002年8月出版的圖書，作者David A.Patterson、John L.Hennessy，譯者鄭緯民。

基本介紹

• 書名：計算機系統結構
• 又名：一種定量的方法
• 作者：David A.Patterson，John L.Hennessy 
• 原版名稱：Computer Architecture: A Quantitative Approach
• 譯者：鄭緯民
• ISBN：9787302048718
• 頁數：760
• 定價：72
• 出版社：清華大學出版社
• 出版時間：2002年8月13日

內容簡介

本書系統而全面地介紹了計算機系統的設計基礎、指令機體系結構、流水線和指令級並行技術、層次存儲系統與存儲設備、互連網路以及多處理器系統等重要內容。對計算機系統結構的論述主要以RISC結構模型機DLX為基礎，通過定量分析的方法進行。本書內容豐富全面，既介紹了當今計算機系統結構的最新研究成果，也引述了有影響的計算機系統設計開發方面的大量實踐經驗。全書編排層次 合理，敘述由淺人深。各章結尾還附有大量的習題和參考文獻。

本書既可以作為高等院校計算機專業高年級學生和研究生學習“計算機系統結構”、“計算機原理”等課程的教科書或參考書，也可供與計算機相關的專業科技人員學習參考。

目錄

譯者的話
前言
序
致謝

第一章計算機設計基本原理1

1.1簡介1

1.2計算機設計者的任務2

1.3計算機技術和套用的發展趨勢4

1.4成本及其發展趨勢6

1.5評價和報告計算機的性能13

1.6計算機設計的定量準則22

1.7綜合：存儲層次的概念29

1.8謬誤和陷阱32

1.9結論38

1.10歷史回顧和參考文獻39

參考文獻44

習題46

第二章指令系統的原理與實例54

2.1簡介54

2.2指令集系統結構的分類55

2.3存儲器定址57

2.4指令集的操作62

2.5運算元的大小與類型67

2.6指令集的編碼68

2.7相關問題：編譯器70

2.8綜合：DLX系統結構75

2.9謬誤與陷阱84

2.10結論86

2.11歷史回顧和參考文獻87

參考文獻90

習題92

第三章流水線97

3.1什麼是流水線97

3.2DLX的基本流水線102

3.3流水線的主要障礙——流水線冒險107

3.4數據冒險112

3.5控制冒險123

3.6實現流水線的困難是什麼？136

3.7擴展DLX流水線能處理多周期操作142

3.8相關問題：指令集設計和流水線151

3.9綜合：MIPSR4000流水線152

3.10謬誤與陷阱159

3.11結論160

3.12歷史回顧和參考文獻161

參考文獻161

習題163

第四章高級流水線與指令級並行168

4.1指令級並行：概念及挑戰168

4.2採用動態調度克服數據冒險183

4.3採用動態硬體預測技術減少分支開銷199

4.4採用多發射以取得更高的指令級並行性211

4.5支持指令級並行的編譯技術219

4.6硬體對並行性的支持227

4.7指令級並行性研究239

4.8綜合：PowerPC620252

4.9謬誤與陷阱262

4.10結論264

4.11歷史回顧和參考文獻265

參考文獻269

習題273

第五章存儲器層次結構設計281

5.1簡介281

5.2Cache簡介283

5.3降低Cache缺失率294

5.4降低Cache缺失代價309

5.5減少命中時間317

5.6主存322

5.7虛擬存儲器331

5.8虛擬存儲器的保護和示例336

5.9存儲層次設計的相關問題344

5.10總結：AlphaAXP21064存儲層次347

5.11謬誤和陷阱351

5.12結論354

5.13歷史回顧和參考文獻355

參考文獻357

習題359

第六章存儲系統368

6.1簡介368

6.2存儲設備類型369

6.3匯流排——連線I/O設備到CPU/存儲器376

6.4I/O性能評測381

6.5可靠性、可用性和RAID393

6.6相關問題：與作業系統的接口396

6.7I/O系統設計398

6.8綜合：UNIX檔案系統性能406

6.9謬誤與陷阱413

6.10結論416

6.11歷史回顧和參考文獻417

參考文獻419

習題421

第七章互連網路425

7.1簡介425

7.2簡單的網路426

7.3互連網路與計算機的連線432

7.4互連網路介質433

7.5多台計算機的連線436

7.6商用互連網路的實際問題449

7.7互連網路舉例452

7.8互連網路相關問題455

7.9網路互連457

7.10綜合：一個工作站的ATM網路461

7.11謬誤與陷阱468

7.12結論470

7.13歷史回顧和參考文獻471

參考文獻473

習題474

第八章多處理器478

8.1簡介478

8.2套用領域的特徵486

8.3集中式共享存儲器系統結構492

8.4分散式共享存儲器系統結構509

8.5同步520

8.6存儲器一致性模型531

8.7相關問題541

8.8綜合：SGIChallenge多處理機系統545

8.9謬誤和陷阱550

8.10結論554

8.11歷史回顧和參考文獻558

參考文獻564

習題567

附錄A計算機算術運算573

A.1簡介573

A.2整數運算的基本方法573

A.3浮點582

A.4浮點乘法585

A.5浮點加法588

A.6除法與餘數593

A.7其他有關浮點運算的問題597

A.8提高整數加法的速度601

A.9提高整數乘法與除法的速度607

A.10綜合618

A.11謬誤與陷阱621

A.12歷史回顧和參考文獻622

參考文獻624

習題627

附錄B向量處理機632

B.1什麼是向量處理機?632

B.2基本向量結構633

B.3兩個現實問題：向量長度與跨距643

B.4編譯程式向量化的效果648

B.5提高向量性能649

B.6綜合：向量處理機的性能653

B.7謬誤與陷阱658

B.8結論659

B.9歷史回顧和參考文獻660

參考文獻663

習題664

附錄CRISC系統結構評述669

C.1簡介669

C.2定址方式與指令格式670

C.3指令：DLX子集672

C.4指令：對DLX的公共擴充675

C.5隻有MIPS才有的指令678

C.6隻有SPARC才有的指令680

C.7隻有PowerPC才有的指令682

C.8隻有PARISC才有的指令683

C.9結論685

參考文獻687

附錄D與RISC完全不同的另一方案：Intel80x86689

D.1簡介689

D.280x86暫存器與數據定址方式690

D.380x86整數操作693

D.480x86浮點操作695

D.580x86指令編碼697

D.6綜合：指令系統利用率的測量699

D.7結論704

D.8歷史回顧和參考文獻705

參考文獻706

附錄E一致性協定實現707

E.1監聽高速快取一致性協定的實現問題707

E.2分散式目錄協定的實現問題710

習題715

參考文獻716

譯者簡介

鄭緯民，1970 年畢業於清華大學自動控制系並留校任教。1982 年獲碩士學位，現為清華大學計算機系教授、博士生導師。擔任中國計算機學會副理事長；中國計算機學會學術工會主任；北京市科技進步獎第八屆評審委員會委員等。1985-1986 年曾在美國紐約州立大學石溪分校從事分布作業系統研究。1989-1991年曾在英國南安普敦大學參加函式語言並行編譯系統研究。

主要研究方向為集群計算機、CPU設計、格線計算、高性能存儲、並行處理與分布計算機系統、面向AI體系結構以及說明性語言的編譯方法和程式開發環境等。近幾年來參加或負責的國家攻關、863計畫和自然科學基金項目10餘項。研究成果達到了國際先進水平或國內領先水平，曾獲中國國家科技進步一等獎1項，部級科技進步獎6項。2006年11月，被確認為第21屆ACM SOSP（Symposium on Operating Systems Principles）程式委員會委員，成為自1967年SOSP創辦以來首個擔任SOSP程式委員會委員的亞洲學者，在國內外學術刊物和學術會議上發表論文80餘篇，著有《計算機組成和設計硬體/軟體接口》，《計算機系統結構：一種定量的方法》，《高等計算機系統結構》，《計算機系統結構》，《函式程式設計語言-計算模型、編譯技術和體系結構》等多種計算機學教材。