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丛书序 1

前言 1

第1章 计算机系统结构的演变 1

1.1 计算机体系结构的分类 2

1.2 几个经验定律 3

1.3 微处理器 4

1.3.1 提高微处理器性能的方法 5

1.3.2 微处理器的发展 8

1.3.3 巨型机用微处理器 10

第2章 并行计算机系统的性能度量 12

2.1 计算机的速度 12

2.1.1 MIPS、Flops和PDR 13

2.1.2 SPEC和TPS 14

2.2 并行计算机的速度计算 15

2.2.1 算术平均速度（arithmetic mean performance） 16

2.2.2 调和平均速度（harmonic mean performance） 16

2.2.3 几何平均速度（geometric mean performance） 17

2.3 并行计算机的加速比和效率 17

2.3.1 程序的并行性 17

2.3.2 加速比通式 18

2.3.3 固定负载加速比 20

2.3.4 固定时间加速比 21

2.3.5 固定存储加速比 21

2.3.6 粒度匹配加速比模型 22

2.3.7 并行系统的效率和可扩展性 25

2.3.8 并行系统的并行质量 27

2.3.9 并行系统的性能评测 28

第3章 流水和向量处理 30

3.1 提高计算机速度的措施 30

3.1.1 提高频率 30

3.1.2 空间并行 31

3.1.3 时间并行 32

3.2 线性流水线 32

3.2.1 流水线工作原理 33

3.2.2 加速比、效率和吞吐率 34

3.2.3 流水线的设计原理 35

3.2.4 指令流水部件 36

3.2.5 向量处理 38

3.2.6 无冲突向量访存 46

3.3 非线性流水线 50

3.3.1 预约表和最小平均延迟时间 50

3.3.2 无冲突输人控制和设计 53

3.3.3 多功能流水线的效率和吞吐率 53

3.4 超标量和超流水技术 55

3.4.1 超标量技术 55

3.4.2 超流水技术 56

第4章 典型并行计算机系统 57

4.1 并行计算机系统结构分类 57

4.1.1 SM与DSM多处理机系统 58

4.1.2 分布式主存DM 59

4.2 典型并行计算机系统 60

4.2.1 阵列机 60

4.2.2 向量机 62

4.2.3 对称多处理机SMP 64

4.2.4 大规模并行处理系统MPP 64

4.2.5 Cluster集群 65

4.2.6 高性能可重配置计算机HPRC 66

4.3 从Top500看高性能计算机系统结构发展趋势 67

4.4 典型高性能计算机系统 71

4.4.1 Cray Xl 72

4.4.2 地球模拟器（NEC Earth simulator） 77

4.4.3 蓝色基因/L（IBM BlueGene/L） 81

4.4.4 Intel 64 Linux Cluster Abe 91

4.5 小结 95

第5章 并行存储系统和同步机制 97

5.1 存储器的地址映射 97

5.2 层次存储系统 103

5.2.1 程序访存的局部性原理 104

5.2.2 存储系统层次 104

5.2.3 层次存储系统特点及性能分析 105

5.2.4 层次存储系统存储器间块的映射 110

5.2.5 “主存-辅存”层次地址变换 117

5.2.6 “高速缓存-主存”层次 119

5.3 访存事件次序和Cache一致性 122

5.3.1 存储一致性模型 122

5.3.2 高速缓存一致性协议 124

5.3.3 CC-NUMA的Cache一致性 126

5.4 同步 130

5.4.1 Test-and-Set/Reset 130

5.4.2 Barrier/Eureka 132

5.4.3 Compare-Swap 132

5.4.4 Fetch-and-Add 133

第6章 互连网络 134

6.1 互连网络的互连函数 135

6.2 互连网络类型和基本结构参数 143

6.2.1 互连网络类型 143

6.2.2 互连网络的基本特性和结构参数 143

6.3 动态互连网络 146

6.3.1 总线 146

6.3.2 交叉开关 147

6.3.3 多级网络 148

6.4 静态互连网络 153

6.4.1 线性阵列和环 153

6.4.2 树和星形网 154

6.4.3 k-ary n-cube网络 155

6.5 MPP系统的互连技术 157

6.5.1 互连网络拓扑结构 157

6.5.2 互连网络切换技术 158

6.5.3 互连网络流控策略 160

6.5.4 路由算法 163

6.5.5 经典路由算法分类 165

6.6 互连网络的死锁问题 172

6.6.1 死锁的解决 172

6.6.2 无死锁理论研究 173

6.7 自适应路由算法的虚网叠加原理 174

6.7.1 虚网的构造 174

6.7.2 几个完全自适应路由算法 174

第7章 I/O系统 181

7.1 从共享并行总线到高速串行总线 181

7.1.1 典型共享总线 181

7.1.2 提升性能的技术手段 182

7.2 HyperTransport 189

7.2.1 HyperTransport总线拓扑结构 190

7.2.2 HyperTransport信号组 192

7.2.3 HyperTransport通信 193

7.2.4 HyperTransport包路由 195

7.2.5 HyperTransport路由规则 197

7.2.6 HyperTransport3.0的新特性 198

7.3 PCIExpress 198

7.3.1 PCI Express信号组 199

7.3.2 PCI Express拓扑结构 200

7.3.3 PCI Express的体系结构 201

7.3.4 PCI Express通信 203

7.4 InfiniBand 205

7.4.1 InfiniBand体系结构 205

7.4.2 InfiniBand交换机结构模块 207

7.4.3 IBA层次体系 208

7.4.4 包的管理与通信机制 209

7.4.5 InfiniBand与其他网络互连方式的比较 213

第8章 系统的可靠性和稳定性 215

8.1 器件的散热 216

8.2 逻辑信号传输 216

8.2.1 传输线 218

8.2.2 阻抗匹配 221

8.3 系统可靠性 224

8.3.1 可靠性特征参数 225

8.3.2 不维修系统可靠性计算 229

8.3.3 可维修系统可靠性计算 234

参考文献 242