现代体系结构的优化编译器 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:[美] Randy Allen，（

出品人:

页数:573

译者:

出版时间:2004-1

价格:69.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111141228

丛书系列:计算机科学丛书

图书标签:

编译原理
compiler
编译器
计算机
编译
编程语言
编程语言与系统
体系结构
编译器
优化
体系结构
现代
算法
性能
硬件
软件
效率
并行

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具体描述

现代体系结构的优化编译器，ISBN：9787111141228，作者：（美）Randy Allen，（美）Ken Kennedy著；张兆庆等译；张兆庆译

《现代计算机体系结构前沿与性能调优实践》本书并非聚焦于“现代体系结构的优化编译器”这一特定主题，而是旨在为读者提供一个更广阔的视角，深入探讨现代计算机体系结构设计的演进趋势、关键技术以及由此引发的软件性能优化挑战。我们将从体系结构层面的宏观把握出发，逐步深入到微观的性能调优实践，帮助读者理解高性能计算的本质，并掌握提升软件效率的有效策略。第一部分：现代计算机体系结构的深度解析这一部分将为你揭示构成现代计算核心的复杂图景。我们将不再局限于单一的“优化编译器”概念，而是全面审视当前体系结构的发展脉络和未来方向。处理器设计的多核与异构化趋势：深入分析多核处理器如何通过并行化提升吞吐量，以及其背后的挑战，如缓存一致性、线程同步和负载均衡。同时，我们将详细探讨GPU、FPGA、ASIC等异构计算单元的兴起，它们如何为特定任务提供超强的计算能力，以及如何有效地利用这些加速器。我们将分析指令集架构（ISA）的演变，例如RISC-V的开放性如何驱动创新，以及x86架构的持续改进。内存系统与互连网络的革新：内存延迟是制约性能的关键瓶颈之一。本部分将深入剖析DRAM、NAND Flash等存储技术的最新进展，包括新型内存（如3D XPoint）、内存带宽的提升以及内存管理技术。同时，我们将详细阐述片上网络（NoC）的设计原理，分析不同拓扑结构（如Mesh、Torus）的优劣，以及它们在多核处理器和大规模系统中的作用。高速互连技术（如PCIe、CXL）的演进及其对系统整体性能的影响也将得到深入探讨。新兴计算范式与未来方向：除了传统的CPU和GPU，我们将探讨新兴的计算范式，例如近内存计算（Near-Memory Computing）和内存内计算（In-Memory Computing），分析它们如何通过将计算逻辑移近数据存储来减少数据传输开销，从而大幅提升性能和能效。此外，对神经网络处理器（NPU）、量子计算等前沿领域的初步探索，以及它们对未来计算格局可能产生的颠覆性影响，也将为您提供前瞻性的视野。第二部分：软件性能优化的核心原则与实践在理解了硬件体系结构的基础上，本部分将聚焦于如何有效地利用这些资源，将软件性能推向极致。这里我们将从更广泛的软件层面来谈论性能优化，而不仅仅是编译器层面的调整。算法与数据结构的优化：任何性能优化的基石是高效的算法和数据结构。我们将回顾经典的算法设计范式，并重点探讨在现代硬件上表现最优的算法选择。例如，如何选择适合大规模并行处理的算法，如何设计能够有效利用缓存的数据结构，以及如何利用数据局部性来最小化内存访问。并行与并发编程模型：充分利用多核和异构处理器的能力，离不开先进的并行与并发编程技术。我们将深入讲解OpenMP、MPI、CUDA、OpenCL等主流并行编程模型，分析它们的适用场景、编程接口和性能调优技巧。我们将重点关注如何进行有效的任务分解、数据划分、线程管理和同步机制设计，以避免竞态条件、死锁等问题，并最大化并行度。缓存与内存访问模式的优化：深入理解CPU缓存的工作原理（L1, L2, L3缓存），以及其对程序性能的影响至关重要。本部分将详细讲解如何通过优化数据布局、访问顺序和循环结构来提高缓存命中率，减少缓存颠簸。我们将探讨内存带宽的限制，并给出相应的数据传输优化策略，例如数据打包、预取和避免伪共享。指令级并行与流水线优化：尽管这部分可能涉及到一些编译器优化的概念，但我们将从软件层面来理解如何编写易于编译器进行优化，以及能够充分利用处理器指令级并行（ILP）和流水线特性的代码。我们将讨论如何识别和消除指令依赖，如何利用SIMD（Single Instruction, Multiple Data）指令来加速数据处理，以及如何编写无分支预测延迟的代码。性能剖析与调优工具的使用：理论的优化需要借助实际的工具来验证和指导。本部分将介绍一系列强大的性能剖析工具，例如Gprof、Perf、Valgrind、NVIDIA Nsight等。我们将讲解如何使用这些工具来识别程序中的性能瓶颈，如CPU占用率过高、内存访问缓慢、IO等待等，并根据剖析结果制定有针对性的优化方案。特定领域的性能优化案例分析：为了让读者更好地理解理论知识，我们将结合实际应用场景，例如高性能科学计算、图形渲染、机器学习推理等，进行深入的案例分析。通过这些案例，读者将看到如何在复杂的实际问题中应用上述的体系结构理解和性能优化原则，以实现显著的性能提升。本书的目标读者：本书适合对计算机体系结构和软件性能优化感兴趣的研究人员、工程师、高级开发人员以及计算机科学专业的学生。如果您希望深入理解现代计算硬件的工作原理，并掌握如何通过精细的软件设计和优化来释放硬件潜力，那么本书将为您提供宝贵的指导和实践经验。通过阅读本书，您将能够：洞察现代计算机体系结构的演进方向与核心技术。理解软件性能瓶颈产生的深层原因。掌握多种有效的软件性能优化策略和技术。熟练运用性能剖析工具，精准定位问题。提升您开发高性能应用程序的能力，应对日益复杂的计算挑战。

作者简介

目录信息

第1章高性能体系结构对编译器的挑战
1.1 概述和目标
1.2 流水线
1.2.1 流水线指令部件
1.2.2 流水线执行部件
1.2.3 并行功能部件
1.2.4 标量流水线编译
1.3 向量指令
1.3.1 向量硬件概述
1.3.2 向量流水线编译
1.4 超标量处理器和VLIW处理器
1.4.1 多发射指令部件
1.4.2 多发射处理器的编译
1.5 处理器并行性
1.5.1 处理器并行性概述
1.5.2 异步并行性的编译
1.6 存储层次结构
1.6.1 存储系统概述
1.6.2 存储层次结构的编译
1.7 实例研究：矩阵乘法
1.8 先进编译技术
1.8.1 依赖
1.8.2 变换
1.9 小结
1.10 实例研究
1.11 历史评述与参考文献
习题
第2章依赖：理论与实践
2.1 引言
2.2 依赖及其性质
2.2.1 存-取分类
2.2.2 循环内的依赖
2.2.3 依赖和变换
2.2.4 距离向量和方向向量
2.2.5 循环携带依赖和循环无关依赖
2.3 简单的依赖测试
2.4 并行化和向量化
2.4.1 并行化
2.4.2 向量化
2.4.3 一个先进的向量化算法
2.5 小结
2.6 实例研究
2.7 历史评述与参考文献
习题
第3章依赖测试
3.1 引言
3.2 依赖测试概述
3.2.1 下标划分
3.2.2 合并方向向量
3.3 单下标依赖测试
3.3.1 ZIV测试
3.3.2 SIV测试
3.3.3 多归纳变量测试
3.4 耦合组中的测试
3.4.1 Delta测试
3.4.2 更强有力的多下标测试
3.5 实验研究
3.6 各种测试的集成
3.7 小结
3.8 实例研究
3.9 历史评述与参考文献
习题
第4章初等变换
4.1 引言
4.2 信息需求
4.3 循环正规化
4.4 数据流分析
4.4.1 定义-使用链
4.4.2 死代码消除
4.4.3 常数传播
4.4.4 静态单赋值形式
4.5 归纳变量暴露
4.5.1 前向表达式替换
4.5.2 归纳变量替换
4.5.3 驱动替换过程
4.6 小结
4.7 实例研究
4.8 历史评述与参考文献
习题
第5章提高细粒度并行性
5.1 引言
5.2 循环交换
5.2.1 循环交换的安全性
5.2.2 循环交换的有利性
5.2.3 循环交换和向量化
5.3 标量扩展
5.4 标量和数组重命名
5.5 节点分裂
5.6 归约识别
5.7 索引集分裂
5.7.1 阈值分析
5.7.2 循环剥离
5.7.3 基于区域的分裂
5.8 运行时符号解析
5.9 循环倾斜
5.10 各种变换的集成
5.11 实际机器的复杂性
5.12 小结
5.13 实例研究
5.13.1 PFC
5.13.2 Ardent Titan编译器
5.13.3 向量化的性能
5.14 历史评述与参考文献
习题
第6章开发粗粒度并行性
6.1 引言
6.2 单循环的处理方法
6.2.1 私有化
6.2.2 循环分布
6.2.3 对齐
6.2.4 代码复制
6.2.5 循环合并
6.3 紧嵌循环
6.3.1 为并行化的循环交换
6.3.2 循环选择
6.3.3 循环反转
6.3.4 为并行化的循环倾斜
6.3.5 幺模变换
6.3.6 基于有利性的并行化方法
6.4 非紧嵌循环套
6.4.1 多层循环合并
6.4.2 一个并行代码生成算法
6.5 一个扩充的例子
6.6 并行性的封装
6.6.1 循环分段
6.6.2 流水线并行性
6.6.3 调度并行任务
6.6.4 制导的自调度
6.7 小结
6.8 实例研究
6.8.1 PFC和ParaScope
6.8.2 Ardent Titan编译器
6.9 历史评述与参考文献
习题
第7章处理控制流
7.1 引言
7.2 if转换
7.2.1 定义
7.2.2 分支的分类
7.2.3 前向分支
7.2.4 出口分支
7.2.5 后向分支
7.2.6 完全前向分支消除
7.2.7 化简
7.2.8 迭代依赖
7.2.9 if重构
7.3 控制依赖
7.3.1 构造控制依赖
7.3.2 循环中的控制依赖
7.3.3 控制依赖的一个执行模型
7.3.4 控制依赖在并行化中的应用
7.4 小结
7.5 实例研究
7.6 历史评述与参考文献
习题
第8章改进寄存器的使用
8.1 引言
8.2 标量寄存器分配
8.2.1 面向寄存器重用的数据依赖
8.2.2 循环携带和循环无关的重用
8.2.3 寄存器分配的例子
8.3 标量替换
8.3.1 依赖图剪枝
8.3.2 简单替换
8.3.3 处理循环携带依赖
8.3.4 跨越多个迭代的依赖
8.3.5 删除标量拷贝
8.3.6 缓解寄存器压力
8.3.7 标量替换算法
8.3.8 实验数据
8.4 展开和压紧
8.4.1 展开和压紧的合法性
8.4.2 展开和压紧算法
8.4.3 展开和压紧的效果
8.5 面向寄存器重用的循环交换
8.5.1 对循环交换的考虑
8.5.2 循环交换算法
8.6 面向寄存器重用的循环合并
8.6.1 面向重用的有利的循环合并
8.6.2 面向合并的循环对齐
8.6.3 合并机制
8.6.4 加权循环合并算法
8.6.5 面向寄存器重用的多层循环合并
8.7 改进寄存器使用的变换综合
8.7.1 决定变换的顺序
8.7.2 例子：矩阵乘法
8.8 复杂的循环嵌套
8.8.1 包含if语句的循环
8.8.2 梯形循环
8.9 小结
8.10 实例研究
8.11 历史评述与参考文献
习题
第9章管理高速缓存
9.1 引言
9.2 适合于空间局部性的循环交换
9.3 分块
9.3.1 非对齐的数据
9.3.2 分块的合法性
9.3.3 分块的有利性
9.3.4 一个简单的分块算法
9.3.5 带倾斜的分块
9.3.6 循环合并和对齐
9.3.7 结合其他变换的分块
9.3.8 有效性
9.4 复杂循环嵌套中的高速缓存管理
9.4.1 三角形的高速缓存分块
9.4.2 特殊用途的变换
9.5 软件预取
9.5.1 一个软件预取算法
9.5.2 软件预取的有效性
9.6 小结
9.7 实例研究
9.8 历史评述与参考文献
习题
第10章调度
10.1 引言
10.2 指令调度
10.2.1 机器模型
10.2.2 直线型代码的图调度
10.2.3 表调度
10.2.4 踪迹调度
10.2.5 循环内的调度
10.3 向量部件调度
10.3.1 链接
10.3.2 协处理器
10.4 小结
10.5 实例研究
10.6 历史评述与参考文献
习题
第11章过程间分析和优化
11.1 引言
11.2 过程间分析
11.2.1 过程间问题
11.2.2 过程间问题分类
11.2.3 流不敏感副作用分析
11.2.4 流不敏感别名分析
11.2.5 常数传播
11.2.6 注销分析
11.2.7 符号化分析
11.2.8 数组区域分析
11.2.9 调用图的构造
11.3 过程间优化
11.3.1 内联替换
11.3.2 过程克隆
11.3.3 混合优化
11.4 管理整个程序的编译
11.5 小结
11.6 实例研究
11.7 历史评述与参考文献
习题
第12章 C语言和硬件设计中的依赖
12.1 引言
12.2 优化C语言
12.2.1 指针
12.2.2 命名和结构
12.2.3 循环
12.2.4 作用域和静态变量
12.2.5 方言
12.2.6 其他问题
12.3 硬件设计
12.3.1 硬件描述语言
12.3.2 优化模拟
12.3.3 综合优化
12.4 小结
12.5 实例研究
12.6 历史评述与参考文献
习题
第13章编译数组赋值
13.1 引言
13.2 简单的标量化
13.3 标量化变换
13.3.1 循环反转
13.3.2 输入预取
13.3.3 循环分裂
13.4 多维标量化
13.4.1 多维中的简单标量化
13.4.2 外层循环预取
13.4.3 用于标量化的循环交换
13.4.4 通用的多维标量化
13.4.5 一个标量化的例子
13.5 对向量机器的考虑
13.6 标量化后的循环交换和合并
13.7 小结
13.8 实例研究
13.9 历史评述与参考文献
习题
第14章编译高性能Fortran
14.1 引言
14.2 HPF编译器概览
14.3 基本循环的编译技术
14.3.1 分布信息的传播和分析
14.3.2 迭代的划分
14.3.3 通信生成
14.4 优化
14.4.1 通信向量化
14.4.2 重叠通信和计算
14.4.3 对齐和复制
14.4.4 流水
14.4.5 一般依赖环的识别
14.4.6 存储管理
14.4.7 处理多个维
14.5 HPF的过程间优化
14.6 小结
14.7 实例研究
14.8 历史评述与参考文献
习题
附录 Fortran 90基础
参考文献
索引
· · · · · · (收起)

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

《现代体系结构的优化编译器》这本书，简直是我最近阅读中最具启发性的一本书了。作为一名对性能优化有强烈需求的开发者，我一直苦苦寻找一本能够真正解答我疑惑的书籍，而这本书恰好满足了我的所有期待。它不仅仅是关于编译器，更是关于如何与现代计算硬件进行“对话”。书中关于代码优化的讲解，让我理解了为什么有时候看似微小的代码改动，却能带来惊人的性能提升。比如，它详细解释了指令流水线的工作原理，以及如何通过调度和重排指令来避免流水线停顿。这让我开始重新审视我写的每一行代码，思考它们在CPU内部是如何被执行的。此外，书中对数据结构和算法的优化建议，也让我眼前一亮。它不仅仅教我们如何选择合适的算法，更重要的是，它教会我们如何根据具体的硬件特性，来调整数据结构的设计，从而最大化内存访问的效率。我之前常常犯的错误，比如频繁的内存分配和释放，导致碎片化，这本书都给出了清晰的解释和解决方案。这本书的内容非常扎实，而且作者在讲解过程中，会适当地引用一些研究论文和实际的基准测试结果，这使得书中的观点更具说服力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验绝对是超乎想象的！我一直以为编译器优化是一个非常枯燥且难以掌握的领域，但《现代体系结构的优化编译器》这本书彻底颠覆了我的认知。作者的叙述方式非常独特，他将复杂的概念分解成易于理解的部分，并巧妙地运用类比和图示，让原本抽象的优化过程变得生动形象。我印象最深刻的是书中关于“代码瘦身”的章节，它详细讲解了编译器如何进行死代码消除、常量折叠以及表达式简化等技术，让我意识到，代码的简洁和高效并非只是代码风格的问题，更是性能优化的重要组成部分。这本书还探讨了多线程和并发环境下的优化问题，比如如何避免竞态条件，如何进行锁的优化，以及如何利用原子操作来提升并行性能。这对于我从事的并发编程领域来说，无疑是雪中送炭。而且，书中还对不同编译器（GCC, Clang等）的优化级别和选项进行了深入的对比分析，这对于我选择合适的工具来优化我的项目非常有价值。这本书不仅仅是一本技术书籍，更像是一位经验丰富的导师，在循循善诱地引导我深入理解计算机的“心脏”。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让我大开眼界！一直以来，我对编译器的底层优化是如何影响程序性能的感到好奇，但市面上大多书籍要么过于理论化，要么只涉及基础知识。而《现代体系结构的优化编译器》这本书，就像是为我量身定做的。它深入浅出地剖析了现代处理器体系结构，比如乱序执行、指令级并行、缓存层次结构等，并详细讲解了编译器是如何利用这些特性来提升代码效率的。书中对代码优化技术，如循环展开、流水线调度、寄存器分配等，进行了详尽的阐述，并通过大量的实例来演示这些优化是如何在实际代码中应用的。我尤其喜欢书中关于数据局部性优化的章节，它解释了如何通过改变数据布局和访问模式，最大限度地利用缓存，从而显著提高程序运行速度。读完这部分，我才真正理解了“让数据离CPU近一点”的意义。此外，作者在讲解过程中，还会穿插一些关于不同处理器架构（x86、ARM等）在优化方面的细微差别，这对于理解跨平台性能优化非常有帮助。这本书的深度和广度都令人赞叹，它不仅仅是一本技术手册，更像是一次深入理解计算机底层运作的智力探险。

评分☆☆☆☆☆

当我拿到《现代体系结构的优化编译器》这本书时，我原本预期的是一本枯燥的技术指南，但很快我就被它所吸引了。作者的写作风格非常生动，他并没有简单地罗列优化技术，而是通过一个又一个引人入胜的案例，带领读者一步步探索编译器的奥秘。从简单的算术表达式优化，到复杂的函数内联和过程间分析，每一步的讲解都逻辑清晰，并且充分考虑了读者的接受程度。我特别欣赏书中对“理解机器，才能优化机器”这一理念的强调。它不仅仅教我们如何使用编译器提供的优化选项，更重要的是，它教会我们如何去思考，如何从硬件的角度出发，去预测和分析代码的性能瓶颈。书中对指令集架构（ISA）的讲解，以及不同ISA对优化策略的影响，都让我受益匪浅。我之前一直以为优化只是软件层面的事情，但这本书让我意识到，没有对硬件深刻的理解，就无法实现真正的深度优化。而且，书中还探讨了一些前沿的优化技术，比如针对GPU的向量化和并行化，这让我看到了未来优化的发展方向。总的来说，这本书提供了一个非常全面且实用的视角，帮助我们构建一个对现代计算机体系结构和编译器优化更深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

《现代体系结构的优化编译器》这本书，给我带来的不仅仅是知识的增长，更是一种思维方式的转变。我一直以为，想要写出高性能的代码，只需要掌握一些常见的算法和数据结构就可以了，但这本书让我明白了，这只是冰山一角。真正的高性能，离不开对底层硬件的深刻理解，以及编译器是如何将我们的代码转化为机器指令的。书中关于分支预测、缓存一致性以及内存排序等概念的讲解，让我对CPU的工作原理有了全新的认识。我开始理解，为什么有时候，一些看似“不直观”的代码优化，却能带来巨大的性能提升。比如，它解释了如何通过“循环展开”来提高指令级并行性，以及如何通过“代码重排”来减少缓存缺失。这些技巧，在我读这本书之前，我根本无从下手。而且，书中还探讨了一些高级的优化技术，比如自动向量化和自适应优化，这让我看到了编译器在未来会扮演越来越重要的角色。这本书的内容非常系统，而且覆盖了从宏观架构到微观指令的方方面面，让我对整个编译优化流程有了非常清晰的认识。它不仅教会了我“做什么”，更教会了我“为什么”。

评分☆☆☆☆☆

Except for the nasty translation, this book is awesome for those who want to understand more about compiler based on architecture. I would recommend those to read the original English version.

评分☆☆☆☆☆

哎哟，这书我可是货真价实地看吐了，不是写的垃圾，而是我确确实实感觉到自己太垃圾了。这是有史以来难得我100%肯定我这辈子不需要看下去的书...

评分☆☆☆☆☆

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