《高等计算机系统结构 并行性 可扩展性 可编程性》求取 ⇩

第一篇 并行性理论3

第一章 并行计算机模型3

1.1 计算技术的现状3

1.1.1 计算机发展史上的里程碑3

1.1.2 现代计算机的组成5

1.1.3 计算机系统结构的发展8

1.1.4 性能的系统属性11

目录15

序15

1.2 多处理机和多计算机15

1.2.1 共享存储型多处理机15

前言17

1.2.2 分布存储型多计算机20

1.2.3 MIMD计算机分类21

1.3.1 向量超级计算机23

1.3 多向量机和SIMD计算机23

1.3.2 SIMD超级计算机25

1.4 PRAM和VLSI模型26

1.4.1 并行随机存取机27

1.4.2 VLSI复杂性模型30

1.5 系统结构的发展过程33

1.5.1 多处理机的发展过程33

1.5.2 多向量机和SIMD机的发展过程34

1.5.3 多线程和数据流的发展过程35

1.6 参考文献注释和习题37

第二章 程序和网络特性41

2.1 并行性条件41

2.1.1 数据和资源的关系41

2.1.2 硬件和软件并行性45

2.1.3 编译器的作用48

2.2 程序的划分和调度48

2.2.1 颗粒规模和时延48

2.2.2 粒度的组合和调度51

2.2.3 静态多处理机调度53

2.3 程序流机制56

2.3.1 控制流和数据流56

2.3.2 需求驱动机制59

2.3.3 流机制的比较60

2.4 系统互连结构60

2.4.1 网络特性和寻径功能61

2.4.2 静态连接网络64

2.4.3 动态连接网络71

2.5 参考文献注释和习题76

第三章 可扩展性能原理83

3.1 性能指标和测量83

3.1.1 程序的并行性分布图83

3.1.2 调和均值性能85

3.1.3 效率、利用率和质量88

3.1.4 标准性能测量90

3.2.1 开发重大挑战性课题的大规模并行性93

3.2 并行处理的应用93

3.2.2 并行计算机的应用模型96

3.2.3 并行算法的可扩展性98

3.3 加速比性能定律102

3.3.1 适用于固定负载的Amdahl定律102

3.3.2 适用于可扩展问题的Gustafson定律104

3.3.3 受限于存储器的加速比模型106

3.4 可扩展性的分析与探讨109

3.4.1 可扩展性的指标和目标109

3.4.2 可扩展计算机的发展113

3.4.3 研究课题与解决方法116

3.5 参考文献注释和习题117

第二篇 硬件技术125

第四章 处理机与存储器层次结构125

4.1 先进的处理机技术125

4.1.1 处理机的设计空间125

4.1.2 指令系统结构129

4.1.3 CISC标量处理机131

4.1.4 RISC标量处理机135

4.2 超标量和向量处理机142

4.2.1 超标量处理机142

4.2.2 VLIW结构145

4.2.3 向量和符号处理机147

4.3 存储器层次结构技术150

4.3.1 层次存储器技术150

4.3.2 包含性，一致性和局部性152

4.3.3 存储器容量的规划155

4.4 虚拟存储器技术157

4.4.1 虚拟存储器模型157

4.4.2 TLB、分页和分段158

4.4.3 存储器替换策略162

4.5 参考文献注释与习题166

5.1.1 底板总线规范170

5.1 底板总线系统170

第五章 总线、高速缓存和共享存储器170

5.1.2 寻址与定时协议172

5.1.3 仲裁、业务与中断174

5.1.4 IEEE Futurebus+标准176

5.2 高速缓存组织179

5.2.1 高速缓存的寻址方式179

5.2.2 直接映射与联想高速缓存182

5.2.3 组联想与区段高速缓存184

5.2.4 高速缓存的性能问题188

5.3 共享存储器组织190

5.3.1 交叉存储器组织191

5.3.2 带宽与容错192

5.3.3 存储器分配方案195

5.4 顺序和弱一致性模型198

5.4.1 原子性及事件次序198

5.4.2 顺序一致性模型201

5.4.3 弱一致性模型202

5.5 参考文献注释与习题205

第六章 流水线与超标量技术211

6.1 线性流水线处理机211

6.1.1 异步和同步模型211

6.1.2 时钟及定时控制212

6.1.3 加速比，效率和吞吐率213

6.2 非线性流水线处理机215

6.2.1 预约和等待时间分析215

6.2.2 无冲突调度218

6.2.3 流水线调度优化220

6.3 指令流水线设计222

6.3.1 指令执行阶段223

6.3.2 指令流水线机制224

6.3.3 动态指令调度229

6.3.4 转移处理技术232

6.4 运算流水线设计236

6.4.1 计算机的运算原理237

6.4.2 静态运算流水线238

6.4.3 多功能运算流水线244

6.5 超标量和超流水线设计246

6.5.1 超标量流水线设计247

6.5.2 超流水线设计252

6.5.3 超对称性和设计的折衷方案254

6.6 参考文献注释与习题256

第三篇 并行和可扩展系统结构265

第七章 多处理机与多计算机265

7.1 多处理机系统互连265

7.1.1 层次总线系统266

7.1.2 交叉开关和多端口存储器269

7.1.3 多级网络和组合网络273

7.2 高速缓存一致性和同步机制278

7.2.1 高速缓存一致性问题279

7.2.2 监听总线协议281

7.2.3 基于目录的协议287

7.2.4 硬件同步机构292

7.3 三代多计算机295

7.3.1 过去的设计方案295

7.3.2 当前的状况和未来的发展趋势297

7.3.3 Intel Paragon系统299

7.4 消息传递机制301

7.4.1 消息寻径方式302

7.4.2 死锁和虚拟通道305

7.4.3 流控制策略307

7.4.4 选播寻径算法311

7.5 参考文献注释与习题316

第八章 多向量机与SIMD计算机324

8.1 向量处理原理324

8.1.1 向量指令类型324

8.1.2 向量存取的存储器方案327

8.1.3 超级计算机的历史与现状330

8.2.1 性能驱动设计原则333

8.2 多向量多处理机333

8.2.2 Cray Y-MP,C-90和MPP337

8.2.3 Fujitsu（富士通）VP2000和VPP500342

8.2.4 大型机和小型超级计算机345

8.3 复合向量处理350

8.3.1 复合向量操作351

8.3.2 向量循环和链接352

8.3.3 多流水线连网356

8.4 SIMD计算机结构360

8.4.1 实现模型360

8.4.2 CM-2系统结构362

8.4.3 MasPar MP-1系统结构365

8.5 Connection Machine CM-5368

8.5.1 同步的MIMD机器368

8.5.2 CM-5网络系统结构371

8.5.3 控制处理机和处理结点372

8.5.4 处理机之间的通信374

8.6 参考文献注释与习题378

第九章 可扩展、多线程与数据流系统结构382

9.1 时延隐藏技术382

9.1.1 虚拟共享存储器382

9.1.2 预取技术386

9.1.3 分布式一致性高速缓存387

9.1.4 可扩展的一致性接口388

9.1.5 非严格的存储器一致性391

9.2.1 多线程问题及其解决方法395

9.2 多线程原理395

9.2.2 多现场处理机398

9.2.3 多维系统结构402

9.3 细粒度多计算机406

9.3.1 细粒度并行性406

9.3.2 麻省理工学院的J-Machine407

9.3.3 加州理工学院的Mosaic C414

9.4.1 斯坦福大学的Dash多计算机415

9.4 可扩展和多线程系统结构415

9.4.2 Kendall Square Research KSR-1419

9.4.3 Tera多处理机系统423

9.5 数据流和混合系统结构428

9.5.1 数据流计算机的发展428

9.5.2 日本的ETL/EM-4430

9.5.3 麻省理工学院／Motorola＊T原型机432

9.6 参考文献注释与习题434

第四篇 并行程序设计软件441

第十章 并行模型、语言与编译器441

10.1 并行程序设计模型441

10.1.1 共享变量模型441

10.1.2 消息传递模型444

10.1.3 数据并行模型446

10.1.4 面向对象模型448

10.1.5 函数和逻辑模型449

10.2.1 并行性的语言特征451

10.2 并行语言与编译器451

10.2.2 并行语言结构453

10.2.3 并行优化编译器455

10.3 数据数组的相关性分析457

10.3.1 迭代空间和相关性分析457

10.3.2 下标的可分离性及划分460

10.3.3 分类相关性测试462

10.4 代码优化与调试466

10.4.1 基本程序块的标量优化466

10.4.2 局部和全局优化470

10.4.3 向量化和并行化方法472

10.4.4 代码生成与调度478

10.4.5 路径调度编译482

10.5 循环并行化与流水技术484

10.5.1 循环变换理论484

10.5.2 并行化与波前变换487

10.5.3 分块与局部化490

10.5.4 软件流水技术494

10.6 参考文献注释与习题496

第十一章 并行程序开发与环境501

11.1 并行程序开发与环境501

11.1.1 软件工具和环境501

11.1.2 Y-MP、Paragon和CM-5环境504

11.1.3 可视化和性能调试506

11.2 同步和多处理方式507

11.2.1 同步原理507

11.2.2 多处理机执行方式509

11.2.3 Cray多处理机的多任务处理510

11.3 共享变量程序结构514

11.3.1 保护访问的锁定机制514

11.3.2 信号灯和应用517

11.3.3 管程和应用519

11.4.1 分布计算522

11.4 消息传递程序开发522

11.4.2 同步消息传递524

11.4.3 异步消息传递525

11.5 程序到多计算机的映射526

11.5.1 定义域分解技术526

11.5.2 控制分解技术529

11.5.3 异构处理532

11.6 参考文献注释与习题536

第十二章 并行机的UNIX,Mach与OSF/1541

12.1 多处理机UNIX设计目标541

12.1.1 传统UNIX的局限性541

12.1.2 兼容性和可移植性544

12.1.3 地址空间和负载平衡544

12.1.4 并行I/O和网络服务544

12.2 主从与多线程UNIX545

12.2.1 主从内核545

12.2.2 浮动执行内核547

12.2.3 多线程UNIX内核550

12.3 多计算机UNIX扩充554

12.3.1 消息传递OS模型554

12.3.2 Cosmic环境和Reactive内核554

12.3.3 Intel NX/2内核和扩充556

12.4 Mach/OS内核结构557

12.4.1 Mach/OS内核的功能557

12.4.2 多线程多任务处理558

12.4.3 基于消息的通信563

12.4.4 虚拟存储管理565

12.5 OSF/1结构与应用569

12.5.1 OSF/1结构570

12.5.2 OSF/1程序设计环境573

12.5.3 利用线程改善性能575

12.6 参考文献注释与习题577

部分习题答案581

参考文献586