計算機(jī)組成與設(shè)計（第五版）

計算機(jī)組成與設(shè)計硬件/軟件接口目錄第1章計算機(jī)概要與技術(shù)11.1引言11.1.1計算應(yīng)用的分類及其特性21.1.2歡迎來到后PC時代31.1.3你能從本書學(xué)到什么41.2計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的8個偉大思想61.2.1面向摩爾定律的設(shè)計61.2.2使用抽象簡化設(shè)計61.2.3加速大概率事件61.2.4通過并行提高性能71.2.5通過流水線提高性能71.2.6通過預(yù)測提高性能71.2.7存儲器層次71.2.8通過冗余提高可靠性71.3程序概念入門71.4硬件概念入門101.4.1顯示器111.4.2觸摸屏121.4.3打開機(jī)箱121.4.4數(shù)據(jù)安全151.4.5與其他計算機(jī)通信161.5處理器和存儲器制造技術(shù)171.6性能201.6.1性能的定義201.6.2性能的度量221.6.3CPU性能及其因素231.6.4指令的性能241.6.5經(jīng)典的CPU性能公式251.7功耗墻271.8滄海巨變：從單處理器向多處理器轉(zhuǎn)變291.9實(shí)例：IntelCorei7基準(zhǔn)311.9.1SPECCPU基準(zhǔn)測試程序311.9.2SPEC功耗基準(zhǔn)測試程序321.10謬誤與陷阱331.11本章小結(jié)351.12歷史觀點(diǎn)和拓展閱讀361.13練習(xí)題36第2章指令：計算機(jī)的語言402.1引言402.2計算機(jī)硬件的操作432.3計算機(jī)硬件的操作數(shù)442.3.1存儲器操作數(shù)452.3.2常數(shù)或立即數(shù)操作數(shù)472.4有符號數(shù)和無符號數(shù)482.5計算機(jī)中指令的表示532.6邏輯操作582.7決策指令602.7.1循環(huán)612.7.2case/switch語句632.8計算機(jī)硬件對過程的支持642.8.1使用更多的寄存器662.8.2嵌套過程672.8.3在棧中為新數(shù)據(jù)分配空間692.8.4在堆中為新數(shù)據(jù)分配空間702.9人機(jī)交互722.10MIPS中32位立即數(shù)和尋址752.10.132位立即數(shù)752.10.2分支和跳轉(zhuǎn)中的尋址762.10.3MIPS尋址模式總結(jié)782.10.4機(jī)器語言解碼792.11并行與指令：同步812.12翻譯并執(zhí)行程序832.12.1編譯器832.12.2匯編器842.12.3鏈接器852.12.4加載器872.12.5動態(tài)鏈接庫872.12.6啟動一個Java程序892.13以一個C排序程序作為完整的例子902.13.1swap過程902.13.2sort過程912.14數(shù)組與指針962.14.1用數(shù)組實(shí)現(xiàn)clear962.14.2用指針實(shí)現(xiàn)clear972.14.3比較兩個版本的clear972.15高級內(nèi)容：編譯C語言和解釋Java語言982.16實(shí)例：ARMv7(32位)指令集982.16.1尋址模式992.16.2比較和條件分支1002.16.3ARM的特色1002.17實(shí)例：x86指令集1022.17.1Intelx86的改進(jìn)1022.17.2x86寄存器和數(shù)據(jù)尋址模式1032.17.3x86整數(shù)操作1052.17.4x86指令編碼1072.17.5x86總結(jié)1082.18實(shí)例：ARMv8（64位）指令集1082.19謬誤與陷阱1092.20本章小結(jié)1102.21歷史觀點(diǎn)和拓展閱讀1112.22練習(xí)題112第3章計算機(jī)的算術(shù)運(yùn)算1173.1引言1173.2加法和減法1173.3乘法1213.3.1順序的乘法算法和硬件1213.3.2有符號乘法1243.3.3更快速的乘法1243.3.4MIPS中的乘法1243.3.5小結(jié)1253.4除法1253.4.1除法算法及其硬件結(jié)構(gòu)1253.4.2有符號除法1283.4.3更快速的除法1283.4.4MIPS中的除法1293.4.5小結(jié)1293.5浮點(diǎn)運(yùn)算1303.5.1浮點(diǎn)表示1313.5.2浮點(diǎn)加法1353.5.3浮點(diǎn)乘法1383.5.4MIPS中的浮點(diǎn)指令1393.5.5算術(shù)精確性1453.5.6小結(jié)1463.6并行性和計算機(jī)算術(shù)：子字并行1483.7實(shí)例：x86中流處理SIMD擴(kuò)展和高級向量擴(kuò)展1493.8加速：子字并行和矩陣乘法1503.9謬誤與陷阱1533.10本章小結(jié)1553.11歷史觀點(diǎn)和拓展閱讀1583.12練習(xí)題159第4章處理器1624.1引言1624.2邏輯設(shè)計的一般方法1654.3建立數(shù)據(jù)通路1674.4一個簡單的實(shí)現(xiàn)機(jī)制1734.4.1ALU控制1734.4.2主控制單元的設(shè)計1754.4.3為什么不使用單周期實(shí)現(xiàn)方式1814.5流水線概述1824.5.1面向流水線的指令集設(shè)計1864.5.2流水線冒險1864.5.3對流水線概述的小結(jié)1914.6流水線數(shù)據(jù)通路及其控制1924.6.1圖形化表示的流水線2004.6.2流水線控制2034.7數(shù)據(jù)冒險：旁路與阻塞2064.8控制冒險2144.8.1假定分支不發(fā)生2154.8.2縮短分支的延遲2154.8.3動態(tài)分支預(yù)測2164.8.4流水線小結(jié)2204.9異常2214.9.1MIPS體系結(jié)構(gòu)中的異常處理2214.9.2在流水線實(shí)現(xiàn)中的異常2224.10指令級并行2264.10.1推測的概念2274.10.2靜態(tài)多發(fā)射處理器2274.10.3動態(tài)多發(fā)射處理器2314.10.4能耗效率與高級流水線2334.11實(shí)例：ARMCortex-A8和IntelCorei7流水線2344.11.1ARMCortex-A82354.11.2IntelCorei79202364.11.3IntelCorei7920的性能2384.12運(yùn)行更快：指令級并行和矩陣乘法2404.13高級主題：通過硬件設(shè)計語言描述和建模流水線來介紹數(shù)字設(shè)計以及更多流水線示例2424.14謬誤與陷阱2424.15本章小結(jié)2434.16歷史觀點(diǎn)和拓展閱讀2434.17練習(xí)題243第5章大容量和高速度：開發(fā)存儲器層次結(jié)構(gòu)2525.1引言2525.2存儲器技術(shù)2555.2.1SRAM技術(shù)2565.2.2DRAM技術(shù)2565.2.3閃存2585.2.4\t"/item/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E4%B8%8E%E8%AE%BE%E8%AE%A1%EF%BC%9A%E7%A1%AC%E4%BB%B6%2F%E8%BD%AF%E4%BB%B6%E6%8E%A5%E5%8F%A3%EF%BC%88%E5%8E%9F%E4%B9%A6%E7%AC%AC5%E7%89%88%EF%BC%89/_blank"磁盤存儲器2585.3cache的基本原理2595.3.1cache訪問2615.3.2cache缺失處理2655.3.3寫操作處理2665.3.4一個cache的例子:內(nèi)置FastMATH處理器2675.3.5小結(jié)2695.4cache性能的評估和改進(jìn)2705.4.1通過更靈活地放置塊來減少cache缺失2725.4.2在cache中查找一個塊2755.4.3替換塊的選擇2765.4.4使用多級\t"/item/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E4%B8%8E%E8%AE%BE%E8%AE%A1%EF%BC%9A%E7%A1%AC%E4%BB%B6%2F%E8%BD%AF%E4%BB%B6%E6%8E%A5%E5%8F%A3%EF%BC%88%E5%8E%9F%E4%B9%A6%E7%AC%AC5%E7%89%88%EF%BC%89/_blank"cache結(jié)構(gòu)減少缺失代價2775.4.5通過分塊進(jìn)行軟件優(yōu)化2805.4.6小結(jié)2835.5可信存儲器層次2835.5.1失效的定義2835.5.2糾正一位錯、檢測兩位錯的漢明編碼（SEC/DED）2845.6虛擬機(jī)2875.6.1\t"/item/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E4%B8%8E%E8%AE%BE%E8%AE%A1%EF%BC%9A%E7%A1%AC%E4%BB%B6%2F%E8%BD%AF%E4%BB%B6%E6%8E%A5%E5%8F%A3%EF%BC%88%E5%8E%9F%E4%B9%A6%E7%AC%AC5%E7%89%88%EF%BC%89/_blank"虛擬機(jī)監(jiān)視器的必備條件2895.6.2指令集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（缺乏）對虛擬機(jī)的支持2895.6.3保護(hù)和指令集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2895.7\t"/item/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E4%B8%8E%E8%AE%BE%E8%AE%A1%EF%BC%9A%E7%A1%AC%E4%BB%B6%2F%E8%BD%AF%E4%BB%B6%E6%8E%A5%E5%8F%A3%EF%BC%88%E5%8E%9F%E4%B9%A6%E7%AC%AC5%E7%89%88%EF%BC%89/_blank"虛擬存儲器2905.7.1頁的存放和查找2935.7.2缺頁故障2945.7.3關(guān)于寫2975.7.4加快地址轉(zhuǎn)換：TLB2975.7.5集成虛擬存儲器、TLB和cache3005.7.6虛擬存儲器中的保護(hù)3025.7.7處理TLB缺失和缺頁3035.7.8小結(jié)3075.8存儲器層次結(jié)構(gòu)的一般框架3095.8.1問題1：一個塊可以被放在何處3095.8.2問題2：如何找到一個塊3105.8.3問題3：當(dāng)cache缺失時替換哪一塊3115.8.4問題4：寫操作如何處理3115.8.53C：一種理解存儲器層次結(jié)構(gòu)行為的直觀模型3125.9使用\t"/item/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E4%B8%8E%E8%AE%BE%E8%AE%A1%EF%BC%9A%E7%A1%AC%E4%BB%B6%2F%E8%BD%AF%E4%BB%B6%E6%8E%A5%E5%8F%A3%EF%BC%88%E5%8E%9F%E4%B9%A6%E7%AC%AC5%E7%89%88%EF%BC%89/_blank"有限狀態(tài)機(jī)來控制簡單的cache3145.9.1一個簡單的cache3145.9.2有限狀態(tài)機(jī)3155.9.3一個簡單的cache控制器的有限狀態(tài)機(jī)3165.10并行與存儲器層次結(jié)構(gòu)：cache一致性3175.10.1實(shí)現(xiàn)一致性的基本方案3185.10.2監(jiān)聽協(xié)議3195.11并行與存儲器層次結(jié)構(gòu)：冗余廉價磁盤陣列3205.12高級內(nèi)容：實(shí)現(xiàn)cache控制器3205.13實(shí)例：ARMCortex-A8和IntelCorei7的存儲器層次結(jié)構(gòu)3205.14運(yùn)行更快:cache分塊和矩陣乘法3245.15謬誤和陷阱3265.16本章小結(jié)3295.17歷史觀點(diǎn)和拓展閱讀3295.18練習(xí)題329第6章從客戶端到云的\t"/item/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E4%B8%8E%E8%AE%BE%E8%AE%A1%EF%BC%9A%E7%A1%AC%E4%BB%B6%2F%E8%BD%AF%E4%BB%B6%E6%8E%A5%E5%8F%A3%EF%BC%88%E5%8E%9F%E4%B9%A6%E7%AC%AC5%E7%89%88%EF%BC%89/_blank"并行處理器3406.1引言3406.2創(chuàng)建并行處理程序的難點(diǎn)3426.3SISD、MIMD、SIMD、SPMD和向量機(jī)3456.3.1在x86中的SIMD：多媒體擴(kuò)展3466.3.2向量機(jī)3466.3.3向量與標(biāo)量的對比3476.3.4向量與多媒體擴(kuò)展的對比3486.4硬件多線程3506.5多核和其他共享內(nèi)存多處理器3526.6圖形處理單元簡介3556.6.1NVIDIAGPU體系結(jié)構(gòu)簡介3566.6.2NVIDIAGPU存儲結(jié)構(gòu)3576.6.3GPU展望3586.7集群、倉儲級計算機(jī)和其他消息傳遞多處理器3606.8多處理器網(wǎng)絡(luò)拓