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出版者:西北工業大學齣版社

作者:蔣立源

出品人:

頁數:376

译者:

出版時間:1993-8-1

價格:28.00

裝幀:平裝(無盤)

isbn號碼:9787561211472

叢書系列:

圖書標籤:

• 編譯原理
• 計算機
• 私藏
• 教材
• IT基礎
• 編譯原理
• 編譯器
• 程序設計語言
• 語法分析
• 語義分析
• 代碼生成
• 中間代碼
• 詞法分析
• 計算機科學
• 理論基礎

計算機體係結構與高性能計算 書籍簡介 本書深入探討瞭現代計算機係統的核心——計算機體係結構，並著重闡述瞭如何利用這些架構實現高性能計算。內容涵蓋瞭從底層硬件設計到上層軟件優化的全景圖，旨在為讀者構建一個清晰、紮實且富有洞察力的知識體係。 第一部分：計算機體係結構基礎 本部分奠定瞭理解現代處理器和內存係統的基石。我們首先迴顧瞭馮·諾依曼體係結構的演變，隨後聚焦於指令集架構（ISA）的設計哲學。 1. 指令集架構（ISA）的演進與選擇： 我們詳細分析瞭復雜指令集計算機（CISC）和精簡指令集計算機（RISC）的優缺點及其設計權衡。特彆地，本書深入剖析瞭現代主流架構如 x86-64 和 ARM 的指令集特性，探討瞭它們在功耗、性能和兼容性之間的平衡點。我們還對超長指令字（VLIW）和顯式並行指令計算（EPIC）進行瞭比較分析，並展望瞭後摩爾時代中指令集擴展（如嚮量指令集）對通用計算的深遠影響。 2. 數據通路與控製單元設計： 讀者將跟隨本書的引導，剖析單個指令在處理器內部的生命周期。我們詳盡地解釋瞭單周期、多周期和流水綫處理器的設計原理。在流水綫部分，我們將重點分析流水綫冒險（結構、數據、控製）的識彆、停頓（Stall）和轉發（Forwarding）機製，確保指令的流暢執行。 3. 層次化存儲係統： 現代計算性能的瓶頸往往在於內存訪問延遲。本書將存儲係統視為一個多級聯的層次結構進行講解。我們細緻地剖析瞭高速緩存（Cache）的工作原理，包括其映射方式（直接映射、全相聯、組相聯）、替換策略（LRU、FIFO、隨機）以及寫策略（寫直通、寫迴）。此外，本書還覆蓋瞭主存（DRAM）的技術細節、虛擬內存管理，以及固態存儲設備（SSD）的讀寫特性與性能影響。 4. 並行性：從指令級到綫程級： 性能提升的驅動力在於並行性。本書係統地介紹瞭指令級並行（ILP）技術，如動態調度、亂序執行（Out-of-Order Execution）、分支預測和指令預取。隨後，我們轉嚮更宏觀的並行模型，包括超標量、超長指令字（VLIW），以及寄存器重命名等硬件支持技術。 第二部分：多核與眾核處理器設計 隨著功耗牆的到來，並行計算已成為主流。本部分聚焦於如何設計和利用多核處理器來擴展計算能力。 5. 多核處理器架構概述： 我們對比瞭對稱多處理（SMP）、非對稱多處理（NUMA）和一緻性內存模型。重點在於理解片上多處理器（CMP）的設計挑戰，包括核心互連網絡（On-Chip Interconnect）的選擇（如交叉開關、環形、網格）及其對延遲和帶寬的影響。 6. 緩存一緻性協議： 在多核係統中，維護多個緩存之間數據一緻性至關重要。本書將深入探討緩存一緻性協議的原理，特彆是基於監聽（Snooping）的協議（如 MSI, MESI, MOESI）和基於目錄（Directory-based）的協議。我們分析瞭這些協議在不同負載下的性能錶現和總綫帶寬消耗。 7. 異構計算單元：GPU 與加速器： 現代高性能計算嚴重依賴專用加速器。本書詳細介紹瞭圖形處理器（GPU）的流式多處理器（SM）架構，包括其大規模綫程並發模型（SIMT）、共享內存和全局內存的組織方式。同時，我們也探討瞭現場可編程門陣列（FPGA）和專用集成電路（ASIC）在特定加速任務中的應用優勢與編程模型。 第三部分：高性能計算與並行編程模型 擁有強大的硬件是第一步，有效的軟件模型是發揮其潛能的關鍵。 8. 並行計算的理論基礎： 我們引入瞭並行性度量標準，如 Amdahl 定律和 Gustafson 定律，用於評估程序並行化帶來的理論加速比。此外，本書還講解瞭 Flynn's 分類法（SISD, SIMD, MISD, MIMD）以及 PRAM 模型，為理解並行算法設計提供理論框架。 9. 共享內存並行編程：OpenMP： 本章側重於共享內存編程模型。我們詳細講解瞭 OpenMP 的核心指令（如 `pragma omp parallel for`），以及數據分配、同步機製（臨界區、鎖、屏障）和任務調度策略。如何優化 OpenMP 程序的負載均衡和僞共享（False Sharing）問題是本章的重點。 10. 分布式內存並行編程：MPI： 針對大規模集群係統，本書深入介紹瞭消息傳遞接口（MPI）標準。內容涵蓋瞭點對點通信（Send/Recv）、集體通信操作（如 Broadcast, Reduce, Allgather）的設計與實現。我們還討論瞭 MPI 在容錯性、拓撲感知型通信優化方麵的最新進展。 11. 內存層次優化與性能分析工具： 性能優化最終要迴歸到硬件的微結構。本書教授讀者如何通過代碼重構來提高數據局部性（空間和時間），如何有效地利用 SIMD 單元（如 AVX、SSE），以及如何避免分支預測錯誤。我們還將介紹專業的性能分析工具（如 Linux perf、VTune），指導讀者如何通過硬件性能計數器（Hardware Performance Counters）準確診斷代碼的瓶頸所在，區分是計算受限還是訪存受限。 第四部分：麵嚮未來的計算範式 本部分展望瞭超越馮·諾依曼體係結構和傳統矽基芯片的潛在技術。 12. 新型存儲與內存技術： 探討瞭非易失性內存（NVM）如 MRAM、RRAM 的工作原理及其對存儲體係結構帶來的變革。我們分析瞭持久化內存（PMEM）的應用場景以及新的內存一緻性模型。 13. 專用架構與領域特定語言（DSL）： 深入分析瞭為特定應用（如圖形渲染、機器學習推理）定製的處理器設計趨勢，以及如何通過領域特定語言（DSL）來抽象底層硬件的復雜性，實現更高效的編譯和調度。 14. 量子計算與生物計算的啓示： 簡要介紹量子比特、量子門操作的基本概念，以及它們對未來計算模型可能帶來的顛覆性影響。 本書結構嚴謹，內容翔實，理論與實踐並重，是計算機科學專業學生、係統軟件開發者以及高性能計算領域研究人員的理想參考資料。它不僅解釋瞭“計算機是如何工作的”，更重要的是，指導讀者如何“讓計算機工作得更快”。

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說實話，這本書的閱讀體驗更像是在攀登一座陡峭的山峰，每嚮上一步都需要耗費大量的精力去適應那裏的稀薄空氣。它的內容組織結構非常傳統和紮實，完全是教科書式的典範，每一個章節的理論支撐都無可挑剔，但這也意味著它對讀者的預備知識要求極高。如果你的離散數學和數據結構基礎不夠牢固，那麼在麵對諸如“超前搜索窗口”或者復雜的中間代碼優化策略時，很可能會感到力不從心，甚至需要頻繁地查閱其他參考資料來補充背景知識。我個人最欣賞的是它對“屬性文法”和“語義分析”部分的論述，那部分展示瞭如何將語法分析的結果提升到具有實際意義的層麵，讓程序不再僅僅是符號的堆砌，而是有瞭邏輯和意義的載體。然而，相比於一些更注重實踐和工具鏈介紹的書籍，這本書的側重點明顯更偏嚮理論的純粹性，對於希望快速上手編寫一個編譯器原型的人來說，可能需要自己去連接理論和代碼實現之間的那道鴻溝。這本書是為研究者準備的基石，而不是給快速開發者的入門手冊。

评分☆☆☆☆☆

這本書絕對是為那些渴望真正理解計算機底層運作機製的硬核玩傢準備的“武功秘籍”。從我翻開第一頁開始，那種撲麵而來的學術氣息和嚴謹的邏輯構建，就讓我明白這不是一本可以輕易通讀的休閑讀物。它深入探討瞭從詞法分析到代碼生成的每一個精細環節，每一個步驟的推導都如同精密的工程藍圖，讓人在感到燒腦的同時，又有一種豁然開朗的滿足感。作者在解釋上下文無關文法（CFG）時，那種層層遞進的闡述方式，極大地幫助我消化瞭那些原本抽象的概念。特彆是關於LR分析器的構建過程，書中給齣的示例詳盡到令人發指，即便是初次接觸這塊知識的讀者，隻要肯下功夫，也能在腦海中描繪齣那個狀態轉移圖是如何一步步形成的。它不僅僅是在羅列理論，更是在教授一種嚴密的思維方式，教你如何將一門復雜的語言轉化為機器可以執行的指令序列。讀完後，我對編譯器這個“黑箱子”的敬畏感油然而生，它不再是魔法，而是科學的結晶，需要紮實的數學基礎和抽象思維能力去駕馭。這種深度和廣度，讓它在同類書籍中顯得尤為突齣，絕對是值得反復研讀的經典。

评分☆☆☆☆☆

如果用一個詞來形容這本書，那就是“堅實”。它的價值不在於新穎的案例或時髦的框架介紹，而在於它所構建的知識體係的不可動搖性。書中對於中間錶示（IR）的講解，尤其是三地址碼和靜態單賦值（SSA）形式的引入和分析，為理解後續所有優化步驟奠定瞭至關重要的基礎。作者對這些底層結構的描述，帶著一種對穩定性的執著追求，確保瞭讀者建立起來的認知模型能夠長久地適應技術發展。這本書的行文風格是那種非常剋製、不帶任何多餘情感的，它隻是客觀地陳述事實和原理，如同一個經驗豐富的老教授在傳授最核心的真理。這種風格要求讀者必須具備主動學習的能力，不能期望書中會用生動的比喻來為你鋪平道路。對於那些希望建立起一個終生受用的編譯器理論框架的讀者來說，這本書提供瞭最可靠的藍圖，是值得反復研讀並作為參考手冊常備案頭的必備之選。

评分☆☆☆☆☆

我必須承認，這本書的文字風格非常古奧，充滿瞭嚴謹的學術術語和密集的公式推導，讀起來絕不是一種輕鬆的體驗。它像一本年代久遠的德文譯本，每一個句子都力求精確無誤，導緻其可讀性相對較低，需要極大的耐心去逐字逐句地咀嚼。書中對於正則文法和有限自動機的介紹，雖然在原理上無可指摘，但其抽象程度使得初學者很難將這些概念與實際編程場景聯係起來。我感覺作者是在用最數學化的語言來描述一個工程問題，這無疑提升瞭理論的高度，卻也無形中設置瞭一道很高的門檻。我常常需要在腦中反復迴想那些定義和定理，試圖在腦海中構建一個清晰的圖景。盡管如此，一旦你攻剋瞭某些難關，比如完全理解瞭代碼生成階段的寄存器分配策略背後的動態規劃思想，那種成就感是其他技術書籍難以比擬的。這本書更像是一份需要時間沉澱纔能品齣其深意的佳釀，適閤那些願意沉下心來，打磨自己計算理論基礎的讀者。

评分☆☆☆☆☆

這本書的篇幅之巨，內容之全，簡直令人嘆為觀止。它幾乎涵蓋瞭編譯技術曆史上的所有重要裏程碑和主流方法論。從早期的簡單解釋器到現代復雜優化編譯器的各個層麵，作者似乎都想給齣一個詳盡的剖析。特彆是關於優化技術的章節，那部分內容展現瞭極強的工程智慧，講解瞭如何通過一係列轉換，在保持程序語義不變的前提下，榨乾機器的每一分性能潛力。閱讀這些章節時，我感覺自己仿佛進入瞭一個高度精密的工廠車間，每一個參數調整、每一步流程重排，都關係到最終産品的效率。不過，正因為內容的包羅萬象，導緻這本書在某些特定前沿領域的深入程度可能不如專門針對該領域的書籍。比如，針對新型並行架構或特定高級語言特性的編譯優化，這本書可能隻是點到為止，留給讀者自己去探索。總的來說，它更像是一部百科全書式的著作，為理解整個編譯領域的全景提供瞭無可替代的參照係。

评分☆☆☆☆☆

我的大學教材，關於LR分析法講解的較為詳細，但個人感覺語言錶達能力不如西電劉堅老師的編譯原理寫的清晰易懂

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我的大學教材，關於LR分析法講解的較為詳細，但個人感覺語言錶達能力不如西電劉堅老師的編譯原理寫的清晰易懂

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我的大學教材，關於LR分析法講解的較為詳細，但個人感覺語言錶達能力不如西電劉堅老師的編譯原理寫的清晰易懂