并行计算机体系结构技术与分析

丛书序

前言

第1章 计算机系统结构的演变

1.1 计算机体系结构的分类

1.2 几个经验定律

1.3 微处理器

1.3.1 提高微处理器性能的方法

1.3.2 微处理器的发展

1.3.3 巨型机用微处理器

第2章 并行计算机系统的性能度量

2.1 计算机的速度

2.1.1 MIPS、Flops和PDR

2.1.2 SPEC和TPS

2.2 并行计算机的速度计算

2.2.1 算术平均速度（arithmeticmeanperformance）

2.2.2 调和平均速度（harmonlcmeanperformance）

2.2.3 几何平均速度（geometricmeanperformance）

2.3 并行计算机的加速比和效率

2.3.1 程序的并行性

2.3.2 加速比通式

2.3.3 固定负载加速比

2.3.4 固定时间加速比

2.3.5 固定存储加速比

2.3.6 粒度匹配加速比模型

2.3.7 并行系统的效率和可扩展性

2.3.8 并行系统的并行质量

2.3.9 并行系统的性能评测

第3章 流水和向量处理

3.1 提高计算机速度的措施

3.1.1 提高频率

3.1.2 空间并行

3.1.3 时间并行

3.2 线性流水线

3.2.1 流水线工作原理

3.2.2 加速比、效率和吞吐率

3.2.3 流水线的设计原理

3.2.4 指令流水部件

3.2.5 向量处理

3.2.6 无冲突向量访存

3.3 非线性流水线

3.3.1 预约表和最小平均延迟时间

3.3.2 无冲突输入控制和设计

3.3.3 多功能流水线的效率和吞吐率

3.4 超标量和超流水技术

3.4.1 超标量技术

3.4.2 超流水技术

第4章 典型并行计算机系统

4.1 并行计算机系统结构分类

4.1.1 SM与DSM多处理机系统

4.1.2 分布式主存DM

4.2 典型并行计算机系统

4.2.1 阵列机

4.2.2 向量机

4.2.3 对称多处理机SMP

4.2.4 大规模并行处理系统MPP

4.2.5 C1uster集群

4.2.6 高性能可重配置计算机HPRC

4.3 从Top500看高性能计算机系统结构发展趋势

4.4 典型高性能计算机系统

4.4.1 CrayX1

4.4.2 地球模拟器（NECEarthsimulator）

4.4.3 蓝色基因／L（IBMBlueGene／L）

4.4.4 Intel64LinuxClusterAbe

4.5 小结

第5章 并行存储系统和同步机制

5.1 存储器的地址映射

5.2 层次存储系统

5.2.1 程序访存的局部性原理

5.2.2 存储系统层次

5.2.3 层次存储系统特点及性能分析

5.2.4 层次存储系统存储器间块的映射

5.2.5 “主存辅存”层次地址变换

5.2.6 “高速缓存主存”层次

5.3 访存事件次序和cache一致性

5.3.1 存储一致性模型

5.3.2 高速缓存一致性协议

5.3.3 CCNUMA的Cache一致性

5.4 同步

5.4.1 Test-land-Set／Reset

5.4.2 Barrier／Eureka

5.4.3 Compare-Swap

5.4.4 Fetch-and-Add

第6章 互连网络

6.1 互连网络的互连函数

6.2 互连网络类型和基本结构参数

6.2.1 互连网络类型

6.2.2 互连网络的基本特性和结构参数

6.3 动态互连网络

6.3.1 总线

6.3.2 交叉开关

6.3.3 多级网络

6.4 静态互连网络

6.4.1 线性阵列和环

6.4.2 树和星形网

6.4.3 k-aryn-cube网络

6.5 MPP系统的互连技术

6.5.1 互连网络拓扑结构

6.5.2 互连网络切换技术

6.5.3 互连网络流控策略

6.5.4 路由算法

6.5.5 经典路由算法分类

6.6 互连网络的死锁问题

6.6.1 死锁的解决

6.6.2 无死锁理论研究

6.7 自适应路由算法的虚网叠加原理

6.7.1 虚网的构造

6.7.2 几个完全自适应路由算法

第7章 I／O系统

7.1 从共享并行总线到高速串行总线

7.1.1 典型共享总线

7.1.2 提升性能的技术手段

7.2 HyperTrartsport

7.2.1 HyperTransport总线拓扑结构

7.2.2 HyperTransport信号组

7.2.3 HypmTransport通信

7.2.4 HyperTransport包路由

7.2.5 HyperTransport路由规则

7.2.6 HyperTransport3.0的新特性

7.3 PCIExpress

7.3.1 PCIExpress信号组

7.3.2 PCIExpress拓扑结构

7.3.3 PCIExpress的体系结构

7.3.4 PCIExpress通信

7.4 InfiniBand

7.4.1 InfiniBand体系结构

7.4.2 InfiniBand交换机结构模块

7.4.3 IBA层次体系

7.4.4 包的管理与通信机制

7.4.5 InfiniBand与其他网络互连方式的比较

第8章 系统的可靠性和稳定性

8.1 器件的散热

8.2 逻辑信号传输

8.2.1 传输线

8.2.2 阻抗匹配

8.3 系统可靠性

8.3.1 可靠性特征参数

8.3.2 不维修系统可靠性计算

8.3.3 可维修系统可靠性计算

参考文献

《并行计算机体系结构（技术与分析）》以研制高性能计算机系统为线索，对计算机系统结构的演变和并行计算机的发展作了论述，对设计、构建高性能并行计算机涉及的关键技术作了系统、深入的分析，以深刻的观点讲述了并行计算机系统性能的度量和评测方法、流水和向量处理技术、各类存储系统的结构、同步机制、互连网络的原理和设计、I／O系统以及系统可靠性和稳定性等。一些创新成果和学术思想，对研制稳定可靠、简洁高效的高产出率并行计算机系统有重要指导意义和应用价值。设计的多个无死锁自适应路由算法，可有效支持高产出率并行计算机系统的构成。
《并行计算机体系结构（技术与分析）》可作为高等院校相关领域的教师和研究生的教学参考书，也可供相关科研人员阅读。