第1章 计算机系统结构的相关概念 1
1.1 系统结构的有关术语 1
1.1.1 计算机系统的层次结构 1
1.1.2 计算机系统结构 3
1.1.3 计算机组织和计算机实现 3
1.1.4 计算机系统结构的分类 4
1.2 系统结构发展的因素 6
1.2.1 存储程序计算机系统结构及其发展 6
1.2.2 软件对系统结构的影响 7
1.2.3 应用对系统结构的影响 9
1.2.4 器件对系统结构的影响 9
1.2.5 系统结构的生命周期 10
1.3 定量分析技术 11
1.3.1 系统设计的定量原理 11
1.3.2 性能评价标准 14
1.3.3 成本与价格 18
1.4 系统结构中并行性的发展 20
1.4.1 并行性的概念 20
1.4.2 提高并行性的技术途径 20
1.4.3 单处理机系统中并行性的发展 21
1.4.4 多处理机系统中并行性的发展 21
1.4.5 并行处理机的系统结构类型 23
1.4.6 图形处理器 24
小结 28
习题 29
第2章 时间并行技术 31
2.1 流水线技术 31
2.1.1 流水线的基本概念 31
2.1.2 流水线的表示方法 33
2.1.3 流水线的特点 35
2.2 流水线的性能指标 35
2.2.1 流水线的吞吐率 36
2.2.2 流水线的加速比 39
2.2.3 流水线的效率 39
2.2.4 流水线的最佳段数 40
2.3 流水线的结构相关和数据相关 44
2.3.1 流水线的结构相关 44
2.3.2 流水线的数据相关 46
2.4 流水线的控制相关 49
2.4.1 控制相关的概念 49
2.4.2 条件分支对流水线的影响 50
2.4.3 静态分支技术 51
2.4.4 动态分支预测技术 55
2.4.5 流水线处理机的中断处理 58
小结 59
习题 59
第3章 指令级并行技术 62
3.1 指令级并行的概念 62
3.1.1 并行性的有关术语 62
3.1.2 多指令流出：指令级并行度 63
3.2 数据相关及其处理技术 64
3.2.1 数据相关类型 65
3.2.2 寄存器重命名 66
3.2.3 静态指令调度 66
3.2.4 动态指令调度 68
3.3 超标量流水处理机 69
3.3.1 超标量流水线的发射策略 70
3.3.2 典型处理机结构 74
3.3.3 超标量流水处理机性能 78
3.4 超流水线处理机 78
3.4.1 超流水线处理机时空图 78
3.4.2 典型处理机结构 79
3.4.3 超流水线处理机性能 81
3.5 超标量超流水线处理机 82
3.5.1 指令执行时空图 82
3.5.2 典型处理机结构 83
3.5.3 超标量超流水线处理机性能 86
3.6 超长指令字处理机 86
3.6.1 超长指令字处理机的特点 86
3.6.2 VLIW处理机的结构模型 87
3.6.3 典型处理机结构 88
3.7 多线程与超线程处理机 90
3.7.1 指令级并行与线程级并行 90
3.7.2 同时多线程结构 92
3.7.3 超线程处理机结构 93
小结 94
习题 95
第4章 多处理机 98
4.1 互连网络的相关概念 98
4.1.1 互连网络的功能和特征 98
4.1.2 互连网络的描述工具 99
4.1.3 互连网络的特性参数 103
4.2 互连网络的结构 103
4.2.1 静态互连网络 103
4.2.2 动态互连网络 106
4.3 多处理机的特点和分类 112
4.3.1 多处理机的特点 112
4.3.2 多处理机的分类 113
4.4 SMP的系统结构和实例 114
4.4.1 SMP的基本概念 114
4.4.2 SMP的一般结构 115
4.4.3 Origin 2000系统 116
4.4.4 IBM大型机SMP 118
4.4.5 容错计算机系统Stratus 120
4.5 多处理机的Cache一致性 123
4.6 多处理机操作系统 125
4.7 多处理机中程序并行性的开发 126
4.7.1 程序并行性的分析 126
4.7.2 并行程序设计 128
小结 131
习题 132
第5章 超级计算机 134
5.1 超级计算机的相关概念 134
5.1.1 超级计算机的定义 134
5.1.2 超级计算机的评价指标 134
5.1.3 超级计算机相关技术——机群 136
5.2 超级计算机的发展 137
5.2.1 超级计算机系统结构的发展 137
5.2.2 超级计算机运算速度的变化 138
5.2.3 超级计算机操作系统的变化 139
5.2.4 超级计算机使用的互连技术 139
5.2.5 中国超级计算机的发展 140
5.3 世界超级计算机前三强介绍 141
5.3.1 天河二号（Tianhe-2） 141
5.3.2 泰坦（Titan） 143
5.3.3 红杉（Sequoia） 144
5.4 超级计算机的未来发展趋势 145
小结 145
习题 146
第6章 仓库级计算机 147
6.1 仓库级计算机的相关概念 147
6.1.1 仓库级计算机的定义 147
6.1.2 仓库级计算机与超级计算机、数据中心的区别 148
6.2 仓库级计算机的设计原则 149
6.3 仓库级计算机的体系结构 149
6.3.1 层次化的存储体系 150
6.3.2 可伸缩的网络组织 152
6.4 仓库级计算机的可靠性和可用性 152
6.4.1 可用性的重新定义 152
6.4.2 可靠性对可用性的影响 153
6.4.3 故障与容错 153
6.5 仓库级计算机的能耗与散热 154
6.5.1 能耗与能量效率 154
6.5.2 散热方案设计 155
6.6 仓库级计算机的建设与维护 157
6.6.1 CAPEX成本 157
6.6.2 OPEX成本 158
小结 159
习题 159
第7章 云计算构架 160
7.1 云计算的相关概念 160
7.2 云计算与机群、网格计算的区别 161
7.3 云计算的服务模式 162
7.3.1 基础设施即服务（IaaS） 162
7.3.2 平台即服务（PaaS） 163
7.3.3 软件即服务（SaaS） 164
7.4 云计算应用实例 164
7.4.1 IaaS实例AWS 164
7.4.2 PaaS实例GAE 165
7.4.3 SaaS实例Salesforce 166
7.5 云计算数据中心网络的设计 166
7.5.1 数据中心互连网络的特征 166
7.5.2 基于Fat-Tree（胖树）互连网络的数据中心 167
7.5.3 基于BCube的互连网络的数据中心 167
7.6 云计算中的并行处理框架 168
7.6.1 并行编程模型MapReduce 168
7.6.2 数据分布存储GFS 170
7.6.3 分布式数据的管理BigTable 171
7.7 开放式的分布式架构Hadoop 172
7.7.1 Hadoop简介 172
7.7.2 并行编程模型MapReduce 173
7.7.3 分布式文件系统HDFS 174
7.7.4 分布式数据管理工具HBase 176
7.7.5 数据仓库工具Hive 180
7.7.6 分布式锁设施Zookeeper 180
小结 182
习题 183
术语索引 184
参考文献 186