计算机组成与设计硬件软件接口

《计算机组成与设计:硬件/软件接口(英文版·第4版·ARM版)》采用了一个MIPS处理器来展示计算机硬件技术、流水线、存储器层次结构以及I/O等基本功能。此外。《计算机组成与设计:硬件/软件接口(英文版·第4版·ARM版)》还包括一些关于x86架构的介绍。

这本最畅销的计算机组成书籍经过全面更新，关注现今发生在计算机体系结构领域的革命性变革：从单处理器发展到多核微处理器。此外，出版这本书的ARM版是为了强调嵌入式系统对于全亚洲计算行业的重要性，并采用ARM处理器来讨论实际计算机的指令集和算术运算。因为ARM是用于嵌入式设备的最流行的指令集架构，而全世界每年约销售40亿个嵌入式设备。与前几版一样。

采用ARMv6（ARM  11系列）为主要架构来展示指令系统和计算机算术运算的基本功能。

覆盖从串行计算到并行计算的革命性变革，新增了关于并行化的一章，并且每章中还有一些强调并行硬件和软件主题的小节。

新增一个由NVIDIA的首席科学家和架构主管撰写的附录，介绍了现代GPU的出现和重要性，首次详细描述了这个针对可视计算进行了优化的高度并行化、多线程、多核的处理器。

描述一种度量多核性能的独特方法——“Roofline  model”，自带benchmark测试和分析AMD  Opteron  X4、Intel  Xeo  5000、Sun  Ultra  SPARC  T2和IBM  Cell的性能。

涵盖了一些关于闪存和虚拟机的新内容。提供了大量富有启发性的练习题，内容达200多页。

将AMD  Opteron  X4和Intel  Nehalem作为贯穿《计算机组成与设计:硬件/软件接口(英文版·第4版·ARM版)》的实例。

用SPEC  CPU2006组件更新了所有处理器性能实例。

1  Computer  Abstractions  and  Technology

1.1  Introduction

1.2  BelowYour  Program

1.3  Under  the  Covers

1.4  Performance

1.5  The  Power  Wall

1.6  The  Sea  Change:  The  Switch  from  Uniprocessors  to  Multiprocessors

1.7  Real  Stuff:  Manufacturing  and  Benchmarking  the  AMD  Opteron  X4

1.8  Fallacies  and  Pitfalls

1.9  Concluding  Remarks

1.10  Historical  Perspective  and  Further  Reading

1.11  Exercises

2  Instructions:  Language  of  the  Computer

2.1  Introduction

2.2  Operations  of  the  Computer  Hardware

2.3  Operands  of  the  Computer  Hardware

2.4  Signed  and  Unsigned  Numbers

2.5  Representing  Instructions  in  the  Computer

2.6  Logical  Operations

2.7  Instructions  for  Making  Decisions

2.8  Supporting  Procedures  in  Computer  Hardware

2.9  Communicating  with  People

2.10  ARM  Addressing  for  32-Bit  Immediates  and  More  Complex  Addressing  Modes

2.11  Parallelism  and  Instructions:  Synchronization

2.12  Translating  and  Starting  a  Program

2.13  A  C  Sort  Example  to  Put  lt  AU  Together

2.14  Arrays  versus  Pointers

2.15  Advanced  Material:  Compiling  C  and  Interpreting  Java

2.16  Real  Stuff.\"  MIPS  Instructions

2.17  Real  Stuff:  x86  Instructions

2.18  Fallacies  and  Pitfalls

2.19  Conduding  Remarks

2.20  Historical  Perspective  and  Further  Reading

2.21  Exercises

3  Arithmetic  for  Computers

3.1  Introduction

3.2  Addition  and  Subtraction

3.3  Multiplication

3.4  Division

3.5  Floating  Point

3.6  Parallelism  and  Computer  Arithmetic:  Associativity

3.7  Real  Stuff:  Floating  Point  in  the  x86

3.8  Fallacies  and  Pitfalls

3.9  Concluding  Remarks

3.10  Historical  Perspective  and  Further  Reading

3.11  Exercises

4  The  Processor

4.1  Introduction

4.2  Logic  Design  Conventions

4.3  Building  a  Datapath

4.4  A  Simple  Implementation  Scheme

4.5  An  Overview  of  Pipelining

4.6  Pipelined  Datapath  and  Control

4.7  Data  Hazards:  Forwarding  versus  Stalling

4.8  Control  Hazards

4.9  Exceptions

4.10  Parallelism  and  Advanced  Instruction-Level  Parallelism

4.11  Real  Stuff:  theAMD  OpteronX4  （Barcelona）  Pipeline

4.12  Advanced  Topic:  an  Introduction  to  Digital  Design  Using  a  Hardware  Design  Language  to  Describe  and  Model  a  Pipelineand  More  Pipelining  Illustrations

4.13  Fallacies  and  Pitfalls

4.14  Concluding  Remarks

4.15  Historical  Perspective  and  Further  Reading

4.16  Exercises

5  Large  and  Fast:  Exploiting  Memory  Hierarchy

5.1  Introduction

5.2  The  Basics  of  Caches

5.3  Measuring  and  Improving  Cache  Performance

5.4  Virtual  Memory

5.5  A  Common  Framework  for  Memory  Hierarchies

5.6  Virtual  Machines

5.7  Using  a  Finite-State  Machine  to  Control  a  Simple  Cache

5.8  Parallelism  and  Memory  Hierarchies:  Cache  Coherence

5.9  Advanced  Material:  Implementing  Cache  Controllers

5.10  Real  Stuff:  the  AMD  Opteron  X4  （Barcelona）  and  Intel  NehalemMemory  Hierarchies

5.11  Fallacies  and  Pitfalls

5.12  Concluding  Remarks

5.13  Historical  Perspective  and  Further  Reading

5.14  Exercises

6  Storage  and  Other  I/0  Topics

6.1  Introduction

6.2  Dependability,  Reliability,  and  Availability

6.3  Disk  Storage

6.4  Flash  Storage

6.5  Connecting  Processors,  Memory,  and  I/O  Devices

6.6  Interfacing  I/O  Devices  to  the  Processor,  Memory,  andOperating  System

6.7  I/O  Performance  Measures:  Examples  from  Disk  and  File  Systems

6.8  Designing  an  I/O  System

6.9  Parallelism  and  I/O:  Redundant  Arrays  of  Inexpensive  Disks

6.10  Real  Stuff:  Sun  Fire  x4150  Server

6.11  Advanced  Topics:  Networks

6.12  Fallacies  and  Pitfalls

6.13  Concluding  Remarks

6.14  Historical  Perspective  and  Further  Reading

6.15  Exercises

7  Multicores,  Multiprocessors,  and  Clusters

7.1  Introduction

7.2  The  Difficulty  of  Creating  Parallel  Processing  Programs

7.3  Shared  Memory  Multiprocessors

7.4  Clusters  and  Other  Message-Passing  Multiprocessors

7.5  Hardware  Multithreading  63

7.6  SISD,MIMD，SIMD，SPMD，and  Vector

7.7  Introduction  to  Graphics  Processing  Units

7.8  Introduction  to  Multiprocessor  Network  Topologies

7.9  Multiprocessor  Benchmarks

7.10  Roofline：A  Simple  Performance  Model

7.11  Real  Stuff：Benchmarking  Four  Multicores  Using  theRooflineMudd

7.12  Fallacies  and  Pitfalls

7.13  Concluding  Remarks

7.14  Historical  Perspective  and  Further  Reading

7.15  Exercises

Inuex

C  D-ROM  CONTENT

A  Graphics  and  Computing  GPUS

A.1  Introduction

A.2  GPU  System  Architectures

A.3  Scalable  Parallelism-Programming  GPUS

A.4  Multithreaded  Multiprocessor  Architecture

A.5  Paralld  Memory  System  G.6  Floating  Point

A.6  Floating  Point  Arithmetic

A.7  Real  Stuff：The  NVIDIA  GeForce  8800

A.8  Real  Stuff：MappingApplications  to  GPUs

A.9  Fallacies  and  PitflaUs

A.10  Conduding  Remarks

A.1l  HistoricalPerspectiveandFurtherReading

B1  ARM  and  Thumb  Assembler  Instructions

B1.1  Using  This  Appendix

B1.2  Syntax

B1.3  Alphabetical  List  ofARM  and  Thumb  Instructions

B1.4  ARM  Asembler  Quick  Reference

B1.5  GNU  Assembler  Quick  Reference

B2  ARM  and  Thumb  Instruction  Encodings

B3  Intruction  Cycle  Timings

C  The  Basics  of  Logic  Design

D  Mapping  Control  to  Hardware

ADVANCED  CONTENT

HISTORICAL  PERSPECTIVES  &  FURTHER  READING

TUTORIALS

SOFTWARE