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出版者:西北工业大学出版社

作者:蒋立源

出品人:

页数:376

译者:

出版时间:1993-8-1

价格:28.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787561211472

丛书系列:

图书标签:

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• 理论基础

计算机体系结构与高性能计算 书籍简介 本书深入探讨了现代计算机系统的核心——计算机体系结构，并着重阐述了如何利用这些架构实现高性能计算。内容涵盖了从底层硬件设计到上层软件优化的全景图，旨在为读者构建一个清晰、扎实且富有洞察力的知识体系。 第一部分：计算机体系结构基础 本部分奠定了理解现代处理器和内存系统的基石。我们首先回顾了冯·诺依曼体系结构的演变，随后聚焦于指令集架构（ISA）的设计哲学。 1. 指令集架构（ISA）的演进与选择： 我们详细分析了复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）的优缺点及其设计权衡。特别地，本书深入剖析了现代主流架构如 x86-64 和 ARM 的指令集特性，探讨了它们在功耗、性能和兼容性之间的平衡点。我们还对超长指令字（VLIW）和显式并行指令计算（EPIC）进行了比较分析，并展望了后摩尔时代中指令集扩展（如向量指令集）对通用计算的深远影响。 2. 数据通路与控制单元设计： 读者将跟随本书的引导，剖析单个指令在处理器内部的生命周期。我们详尽地解释了单周期、多周期和流水线处理器的设计原理。在流水线部分，我们将重点分析流水线冒险（结构、数据、控制）的识别、停顿（Stall）和转发（Forwarding）机制，确保指令的流畅执行。 3. 层次化存储系统： 现代计算性能的瓶颈往往在于内存访问延迟。本书将存储系统视为一个多级联的层次结构进行讲解。我们细致地剖析了高速缓存（Cache）的工作原理，包括其映射方式（直接映射、全相联、组相联）、替换策略（LRU、FIFO、随机）以及写策略（写直通、写回）。此外，本书还覆盖了主存（DRAM）的技术细节、虚拟内存管理，以及固态存储设备（SSD）的读写特性与性能影响。 4. 并行性：从指令级到线程级： 性能提升的驱动力在于并行性。本书系统地介绍了指令级并行（ILP）技术，如动态调度、乱序执行（Out-of-Order Execution）、分支预测和指令预取。随后，我们转向更宏观的并行模型，包括超标量、超长指令字（VLIW），以及寄存器重命名等硬件支持技术。 第二部分：多核与众核处理器设计 随着功耗墙的到来，并行计算已成为主流。本部分聚焦于如何设计和利用多核处理器来扩展计算能力。 5. 多核处理器架构概述： 我们对比了对称多处理（SMP）、非对称多处理（NUMA）和一致性内存模型。重点在于理解片上多处理器（CMP）的设计挑战，包括核心互连网络（On-Chip Interconnect）的选择（如交叉开关、环形、网格）及其对延迟和带宽的影响。 6. 缓存一致性协议： 在多核系统中，维护多个缓存之间数据一致性至关重要。本书将深入探讨缓存一致性协议的原理，特别是基于监听（Snooping）的协议（如 MSI, MESI, MOESI）和基于目录（Directory-based）的协议。我们分析了这些协议在不同负载下的性能表现和总线带宽消耗。 7. 异构计算单元：GPU 与加速器： 现代高性能计算严重依赖专用加速器。本书详细介绍了图形处理器（GPU）的流式多处理器（SM）架构，包括其大规模线程并发模型（SIMT）、共享内存和全局内存的组织方式。同时，我们也探讨了现场可编程门阵列（FPGA）和专用集成电路（ASIC）在特定加速任务中的应用优势与编程模型。 第三部分：高性能计算与并行编程模型 拥有强大的硬件是第一步，有效的软件模型是发挥其潜能的关键。 8. 并行计算的理论基础： 我们引入了并行性度量标准，如 Amdahl 定律和 Gustafson 定律，用于评估程序并行化带来的理论加速比。此外，本书还讲解了 Flynn's 分类法（SISD, SIMD, MISD, MIMD）以及 PRAM 模型，为理解并行算法设计提供理论框架。 9. 共享内存并行编程：OpenMP： 本章侧重于共享内存编程模型。我们详细讲解了 OpenMP 的核心指令（如 `pragma omp parallel for`），以及数据分配、同步机制（临界区、锁、屏障）和任务调度策略。如何优化 OpenMP 程序的负载均衡和伪共享（False Sharing）问题是本章的重点。 10. 分布式内存并行编程：MPI： 针对大规模集群系统，本书深入介绍了消息传递接口（MPI）标准。内容涵盖了点对点通信（Send/Recv）、集体通信操作（如 Broadcast, Reduce, Allgather）的设计与实现。我们还讨论了 MPI 在容错性、拓扑感知型通信优化方面的最新进展。 11. 内存层次优化与性能分析工具： 性能优化最终要回归到硬件的微结构。本书教授读者如何通过代码重构来提高数据局部性（空间和时间），如何有效地利用 SIMD 单元（如 AVX、SSE），以及如何避免分支预测错误。我们还将介绍专业的性能分析工具（如 Linux perf、VTune），指导读者如何通过硬件性能计数器（Hardware Performance Counters）准确诊断代码的瓶颈所在，区分是计算受限还是访存受限。 第四部分：面向未来的计算范式 本部分展望了超越冯·诺依曼体系结构和传统硅基芯片的潜在技术。 12. 新型存储与内存技术： 探讨了非易失性内存（NVM）如 MRAM、RRAM 的工作原理及其对存储体系结构带来的变革。我们分析了持久化内存（PMEM）的应用场景以及新的内存一致性模型。 13. 专用架构与领域特定语言（DSL）： 深入分析了为特定应用（如图形渲染、机器学习推理）定制的处理器设计趋势，以及如何通过领域特定语言（DSL）来抽象底层硬件的复杂性，实现更高效的编译和调度。 14. 量子计算与生物计算的启示： 简要介绍量子比特、量子门操作的基本概念，以及它们对未来计算模型可能带来的颠覆性影响。 本书结构严谨，内容翔实，理论与实践并重，是计算机科学专业学生、系统软件开发者以及高性能计算领域研究人员的理想参考资料。它不仅解释了“计算机是如何工作的”，更重要的是，指导读者如何“让计算机工作得更快”。

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说实话，这本书的阅读体验更像是在攀登一座陡峭的山峰，每向上一步都需要耗费大量的精力去适应那里的稀薄空气。它的内容组织结构非常传统和扎实，完全是教科书式的典范，每一个章节的理论支撑都无可挑剔，但这也意味着它对读者的预备知识要求极高。如果你的离散数学和数据结构基础不够牢固，那么在面对诸如“超前搜索窗口”或者复杂的中间代码优化策略时，很可能会感到力不从心，甚至需要频繁地查阅其他参考资料来补充背景知识。我个人最欣赏的是它对“属性文法”和“语义分析”部分的论述，那部分展示了如何将语法分析的结果提升到具有实际意义的层面，让程序不再仅仅是符号的堆砌，而是有了逻辑和意义的载体。然而，相比于一些更注重实践和工具链介绍的书籍，这本书的侧重点明显更偏向理论的纯粹性，对于希望快速上手编写一个编译器原型的人来说，可能需要自己去连接理论和代码实现之间的那道鸿沟。这本书是为研究者准备的基石，而不是给快速开发者的入门手册。

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这本书的篇幅之巨，内容之全，简直令人叹为观止。它几乎涵盖了编译技术历史上的所有重要里程碑和主流方法论。从早期的简单解释器到现代复杂优化编译器的各个层面，作者似乎都想给出一个详尽的剖析。特别是关于优化技术的章节，那部分内容展现了极强的工程智慧，讲解了如何通过一系列转换，在保持程序语义不变的前提下，榨干机器的每一分性能潜力。阅读这些章节时，我感觉自己仿佛进入了一个高度精密的工厂车间，每一个参数调整、每一步流程重排，都关系到最终产品的效率。不过，正因为内容的包罗万象，导致这本书在某些特定前沿领域的深入程度可能不如专门针对该领域的书籍。比如，针对新型并行架构或特定高级语言特性的编译优化，这本书可能只是点到为止，留给读者自己去探索。总的来说，它更像是一部百科全书式的著作，为理解整个编译领域的全景提供了无可替代的参照系。

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我必须承认，这本书的文字风格非常古奥，充满了严谨的学术术语和密集的公式推导，读起来绝不是一种轻松的体验。它像一本年代久远的德文译本，每一个句子都力求精确无误，导致其可读性相对较低，需要极大的耐心去逐字逐句地咀嚼。书中对于正则文法和有限自动机的介绍，虽然在原理上无可指摘，但其抽象程度使得初学者很难将这些概念与实际编程场景联系起来。我感觉作者是在用最数学化的语言来描述一个工程问题，这无疑提升了理论的高度，却也无形中设置了一道很高的门槛。我常常需要在脑中反复回想那些定义和定理，试图在脑海中构建一个清晰的图景。尽管如此，一旦你攻克了某些难关，比如完全理解了代码生成阶段的寄存器分配策略背后的动态规划思想，那种成就感是其他技术书籍难以比拟的。这本书更像是一份需要时间沉淀才能品出其深意的佳酿，适合那些愿意沉下心来，打磨自己计算理论基础的读者。

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如果用一个词来形容这本书，那就是“坚实”。它的价值不在于新颖的案例或时髦的框架介绍，而在于它所构建的知识体系的不可动摇性。书中对于中间表示（IR）的讲解，尤其是三地址码和静态单赋值（SSA）形式的引入和分析，为理解后续所有优化步骤奠定了至关重要的基础。作者对这些底层结构的描述，带着一种对稳定性的执着追求，确保了读者建立起来的认知模型能够长久地适应技术发展。这本书的行文风格是那种非常克制、不带任何多余情感的，它只是客观地陈述事实和原理，如同一个经验丰富的老教授在传授最核心的真理。这种风格要求读者必须具备主动学习的能力，不能期望书中会用生动的比喻来为你铺平道路。对于那些希望建立起一个终生受用的编译器理论框架的读者来说，这本书提供了最可靠的蓝图，是值得反复研读并作为参考手册常备案头的必备之选。

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这本书绝对是为那些渴望真正理解计算机底层运作机制的硬核玩家准备的“武功秘籍”。从我翻开第一页开始，那种扑面而来的学术气息和严谨的逻辑构建，就让我明白这不是一本可以轻易通读的休闲读物。它深入探讨了从词法分析到代码生成的每一个精细环节，每一个步骤的推导都如同精密的工程蓝图，让人在感到烧脑的同时，又有一种豁然开朗的满足感。作者在解释上下文无关文法（CFG）时，那种层层递进的阐述方式，极大地帮助我消化了那些原本抽象的概念。特别是关于LR分析器的构建过程，书中给出的示例详尽到令人发指，即便是初次接触这块知识的读者，只要肯下功夫，也能在脑海中描绘出那个状态转移图是如何一步步形成的。它不仅仅是在罗列理论，更是在教授一种严密的思维方式，教你如何将一门复杂的语言转化为机器可以执行的指令序列。读完后，我对编译器这个“黑箱子”的敬畏感油然而生，它不再是魔法，而是科学的结晶，需要扎实的数学基础和抽象思维能力去驾驭。这种深度和广度，让它在同类书籍中显得尤为突出，绝对是值得反复研读的经典。

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我的大学教材，关于LR分析法讲解的较为详细，但个人感觉语言表达能力不如西电刘坚老师的编译原理写的清晰易懂

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我的大学教材，关于LR分析法讲解的较为详细，但个人感觉语言表达能力不如西电刘坚老师的编译原理写的清晰易懂

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我的大学教材，关于LR分析法讲解的较为详细，但个人感觉语言表达能力不如西电刘坚老师的编译原理写的清晰易懂

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我的大学教材，关于LR分析法讲解的较为详细，但个人感觉语言表达能力不如西电刘坚老师的编译原理写的清晰易懂

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