計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)：硬件-軟件接口（原書第5版）

出版者的話
本書贊譽(yù)
譯者序
前言
作者簡(jiǎn)介
第1章計(jì)算機(jī)概要與技術(shù)
1.1引言
1.1.1計(jì)算應(yīng)用的分類及其特性
1.1.2歡迎來(lái)到后PC時(shí)代
1.1.3你能從本書學(xué)到什么
1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的8個(gè)偉大思想
1.2.1面向摩爾定律的設(shè)計(jì)
1.2.2使用抽象簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)
1.2.3加速大概率事件
1.2.4通過(guò)并行提高性能
1.2.5通過(guò)流水線提高性能
1.2.6通過(guò)預(yù)測(cè)提高性能
1.2.7存儲(chǔ)器層次
1.2.8通過(guò)冗余提高可靠性
1.3程序概念入門
1.4硬件概念入門
1.4.1顯示器
1.4.2觸摸屏
1.4.3打開機(jī)箱
1.4.4數(shù)據(jù)安全
1.4.5與其他計(jì)算機(jī)通信
1.5處理器和存儲(chǔ)器制造技術(shù)
1.6性能
1.6.1性能的定義
1.6.2性能的度量
1.6.3CPU性能及其因素
1.6.4指令的性能
1.6.5經(jīng)典的CPU性能公式
1.7功耗墻
1.8滄海巨變：從單處理器向多處理器轉(zhuǎn)變
1.9實(shí)例：IntelCorei7基準(zhǔn)
1.9.1SPECCPU基準(zhǔn)測(cè)試程序
1.9.2SPEC功耗基準(zhǔn)測(cè)試程序
1.10謬誤與陷阱
1.11本章小結(jié)
1.12歷史觀點(diǎn)和拓展閱讀
1.13練習(xí)題
第2章指令：計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言
2.1引言
2.2計(jì)算機(jī)硬件的操作
2.3計(jì)算機(jī)硬件的操作數(shù)
2.3.1存儲(chǔ)器操作數(shù)
2.3.2常數(shù)或立即數(shù)操作數(shù)
2.4有符號(hào)數(shù)和無(wú)符號(hào)數(shù)
2.5計(jì)算機(jī)中指令的表示
2.6邏輯操作
2.7決策指令
2.7.1循環(huán)
2.7.2case/switch語(yǔ)句
2.8計(jì)算機(jī)硬件對(duì)過(guò)程的支持
2.8.1使用更多的寄存器
2.8.2嵌套過(guò)程
2.8.3在棧中為新數(shù)據(jù)分配空間
2.8.4在堆中為新數(shù)據(jù)分配空間
2.9人機(jī)交互
2.10MIPS中32位立即數(shù)和尋址
2.10.132位立即數(shù)
2.10.2分支和跳轉(zhuǎn)中的尋址
2.10.3MIPS尋址模式總結(jié)
2.10.4機(jī)器語(yǔ)言解碼
2.11并行與指令：同步
2.12翻譯并執(zhí)行程序
2.12.1編譯器
2.12.2匯編器
2.12.3鏈接器
2.12.4加載器
2.12.5動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)
2.12.6啟動(dòng)一個(gè)Java程序
2.13以一個(gè)C排序程序作為完整的例子
2.13.1swap過(guò)程
2.13.2sort過(guò)程
2.14數(shù)組與指針
2.14.1用數(shù)組實(shí)現(xiàn)clear
2.14.2用指針實(shí)現(xiàn)clear
2.14.3比較兩個(gè)版本的clear
2.15高級(jí)內(nèi)容：編譯C語(yǔ)言和解釋Java語(yǔ)言
2.16實(shí)例：ARMv7(32位)指令集
2.16.1尋址模式
2.16.2比較和條件分支
2.16.3ARM的特色
2.17實(shí)例：x86指令集
2.17.1Intelx86的改進(jìn)
2.17.2x86寄存器和數(shù)據(jù)尋址模式
2.17.3x86整數(shù)操作
2.17.4x86指令編碼
2.17.5x86總結(jié)
2.18實(shí)例：ARMv8（64位）指令集
2.19謬誤與陷阱
2.20本章小結(jié)
2.21歷史觀點(diǎn)和拓展閱讀
2.22練習(xí)題
第3章計(jì)算機(jī)的算術(shù)運(yùn)算
3.1引言
3.2加法和減法
3.3乘法
3.3.1順序的乘法算法和硬件
3.3.2有符號(hào)乘法
3.3.3更快速的乘法
3.3.4MIPS中的乘法
3.3.5小結(jié)
3.4除法
3.4.1除法算法及其硬件結(jié)構(gòu)
3.4.2有符號(hào)除法
3.4.3更快速的除法
3.4.4MIPS中的除法
3.4.5小結(jié)
3.5浮點(diǎn)運(yùn)算
3.5.1浮點(diǎn)表示
3.5.2浮點(diǎn)加法
3.5.3浮點(diǎn)乘法
3.5.4MIPS中的浮點(diǎn)指令
3.5.5算術(shù)精確性
3.5.6小結(jié)
3.6并行性和計(jì)算機(jī)算術(shù)：子字并行
3.7實(shí)例：x86中流處理SIMD擴(kuò)展和高級(jí)向量擴(kuò)展
3.8加速：子字并行和矩陣乘法
3.9謬誤與陷阱
3.10本章小結(jié)
3.11歷史觀點(diǎn)和拓展閱讀
3.12練習(xí)題
第4章處理器
4.1引言
4.2邏輯設(shè)計(jì)的一般方法
4.3建立數(shù)據(jù)通路
4.4一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)機(jī)制
4.4.1ALU控制
4.4.2主控制單元的設(shè)計(jì)
4.4.3為什么不使用單周期實(shí)現(xiàn)方式
4.5流水線概述
4.5.1面向流水線的指令集設(shè)計(jì)
4.5.2流水線冒險(xiǎn)
4.5.3對(duì)流水線概述的小結(jié)
4.6流水線數(shù)據(jù)通路及其控制
4.6.1圖形化表示的流水線
4.6.2流水線控制
4.7數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)：旁路與阻塞
4.8控制冒險(xiǎn)
4.8.1假定分支不發(fā)生
4.8.2縮短分支的延遲
4.8.3動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)
4.8.4流水線小結(jié)
4.9異常
4.9.1MIPS體系結(jié)構(gòu)中的異常處理
4.9.2在流水線實(shí)現(xiàn)中的異常
4.10指令級(jí)并行
4.10.1推測(cè)的概念
4.10.2靜態(tài)多發(fā)射處理器
4.10.3動(dòng)態(tài)多發(fā)射處理器
4.10.4能耗效率與高級(jí)流水線
4.11實(shí)例：ARMCortex-A8和IntelCorei7流水線
4.11.1ARMCortex-A
4.11.2IntelCorei
4.11.3IntelCorei7920的性能
4.12運(yùn)行更快：指令級(jí)并行和矩陣乘法
4.13高級(jí)主題：通過(guò)硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言描述和建模流水線來(lái)介紹數(shù)字設(shè)計(jì)以及更多流水線示例
4.14謬誤與陷阱
4.15本章小結(jié)
4.16歷史觀點(diǎn)和拓展閱讀
4.17練習(xí)題
第5章大容量和高速度：開發(fā)存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)
5.1引言
5.2存儲(chǔ)器技術(shù)
5.2.1SRAM技術(shù)
5.2.2DRAM技術(shù)
5.2.3閃存
5.2.4磁盤存儲(chǔ)器
5.3cache的基本原理
5.3.1cache訪問(wèn)
5.3.2cache缺失處理
5.3.3寫操作處理
5.3.4一個(gè)cache的例子:內(nèi)置FastMATH處理器
5.3.5小結(jié)
5.4cache性能的評(píng)估和改進(jìn)
5.4.1通過(guò)更靈活地放置塊來(lái)減少cache缺失
5.4.2在cache中查找一個(gè)塊
5.4.3替換塊的選擇
5.4.4使用多級(jí)cache結(jié)構(gòu)減少缺失代價(jià)
5.4.5通過(guò)分塊進(jìn)行軟件優(yōu)化
5.4.6小結(jié)
5.5可信存儲(chǔ)器層次
5.5.1失效的定義
5.5.2糾正一位錯(cuò)、檢測(cè)兩位錯(cuò)的漢明編碼（SEC/DED）
5.6虛擬機(jī)
5.6.1虛擬機(jī)監(jiān)視器的必備條件
5.6.2指令集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（缺乏）對(duì)虛擬機(jī)的支持
5.6.3保護(hù)和指令集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
5.7虛擬存儲(chǔ)器
5.7.1頁(yè)的存放和查找
5.7.2缺頁(yè)故障
5.7.3關(guān)于寫
5.7.4加快地址轉(zhuǎn)換：TLB
5.7.5集成虛擬存儲(chǔ)器、TLB和cache
5.7.6虛擬存儲(chǔ)器中的保護(hù)
5.7.7處理TLB缺失和缺頁(yè)
5.7.8小結(jié)
5.8存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)的一般框架
5.8.1問(wèn)題1：一個(gè)塊可以被放在何處
5.8.2問(wèn)題2：如何找到一個(gè)塊
5.8.3問(wèn)題3：當(dāng)cache缺失時(shí)替換哪一塊
5.8.4問(wèn)題4：寫操作如何處理
5.8.53C：一種理解存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)行為的直觀模型
5.9使用有限狀態(tài)機(jī)來(lái)控制簡(jiǎn)單的cache
5.9.1一個(gè)簡(jiǎn)單的cache
5.9.2有限狀態(tài)機(jī)
5.9.3一個(gè)簡(jiǎn)單的cache控制器的有限狀態(tài)機(jī)
5.10并行與存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)：cache一致性
5.10.1實(shí)現(xiàn)一致性的基本方案
5.10.2監(jiān)聽協(xié)議
5.11并行與存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)：冗余廉價(jià)磁盤陣列
5.12高級(jí)內(nèi)容：實(shí)現(xiàn)cache控制器
5.13實(shí)例：ARMCortex-A8和IntelCorei7的存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)
5.14運(yùn)行更快:cache分塊和矩陣乘法
5.15謬誤和陷阱
5.16本章小結(jié)
5.17歷史觀點(diǎn)和拓展閱讀
5.18練習(xí)題
第6章從客戶端到云的并行處理器
6.1引言
6.2創(chuàng)建并行處理程序的難點(diǎn)
6.3SISD、MIMD、SIMD、SPMD和向量機(jī)
6.3.1在x86中的SIMD：多媒體擴(kuò)展
6.3.2向量機(jī)
6.3.3向量與標(biāo)量的對(duì)比
6.3.4向量與多媒體擴(kuò)展的對(duì)比
6.4硬件多線程
6.5多核和其他共享內(nèi)存多處理器
6.6圖形處理單元簡(jiǎn)介
6.6.1NVIDIAGPU體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
6.6.2NVIDIAGPU存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
6.6.3GPU展望
6.7集群、倉(cāng)儲(chǔ)級(jí)計(jì)算機(jī)和其他消息傳遞多處理器
6.8多處理器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)介
6.9與外界通信：集群網(wǎng)絡(luò)
6.10多處理器測(cè)試集程序和性能模型
6.10.1性能模型
6.10.2Roofline模型
6.10.3兩代Opteron的比較
6.11實(shí)例：評(píng)測(cè)IntelCorei7960和NVIDIATeslaGPU的Roofline模型
6.12運(yùn)行更快：多處理器和矩陣乘法
6.13謬誤與陷阱
6.14本章小結(jié)
6.15歷史觀點(diǎn)和拓展閱讀
6.16練習(xí)題
附錄A匯編器、鏈接器和SPIM仿真器
附錄B邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
索引