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☆☆☆☆☆

出版者:Pearson Education

作者:[美] Andrew S·Tanenbaum

出品人:

页数:800

译者:

出版时间:2009-2-27

价格:GBP 53.99

装帧:Paperback

isbn号码:9780135094051

丛书系列:

图书标签:

• textbook計算機
• @網
• Computer Organization
• Computer Architecture
• Structured Design
• CPU Design
• Digital Systems
• Embedded Systems
• Software Hardware Interface
• Microprocessors
• Algorithm Design
• System Design

《硅片之魂：微架构与性能优化的艺术》 在这本引人入胜的著作中，我们将深入探索现代计算机核心——微架构的设计哲学与性能优化的精妙之处。不同于宏观的计算机系统组织，本书聚焦于指令集架构（ISA）之下，处理器内部千丝万缕的联系，以及如何通过精巧的硬件设计，将抽象的指令转化为疾驰的计算能力。 第一篇：指令的旅程——流水线与乱序执行的奥秘 我们将从指令流水线的基本原理出发，揭示处理器如何通过将指令的执行分解为多个阶段，实现指令级别的并行。从取指、译码、执行到写回，每一个环节的优化都至关重要。我们将深入剖析经典的五级流水线，并在此基础上探讨更深层次的流水线技术，例如超长指令字（VLIW）和动态调度。 乱序执行（Out-of-Order Execution）是现代高性能处理器的一大标志。本书将详细阐述乱序执行的实现机制，包括指令缓冲器、重排序缓冲器（ROB）、寄存器重命名等关键组件。我们将理解处理器如何克服指令依赖性，在不改变程序逻辑的前提下，最大化指令的并行度，从而显著提升性能。此外，我们还将探讨分支预测技术，分析各种分支预测算法的优劣，以及如何通过精确的分支预测来减少流水线冲刷带来的性能损失。 第二篇：内存的脉络——缓存体系与访存延迟的征服 处理器速度的飞跃，很大程度上依赖于内存访问的效率。本书将深度剖析复杂的缓存体系，从一级缓存（L1）、二级缓存（L2）到三级缓存（L3），以及它们之间的层次结构和数据传递机制。我们将研究各种缓存替换算法，如LRU、FIFO等，并分析它们在不同访问模式下的表现。 缓存一致性是多处理器系统中不可或缺的关键。本书将详尽讲解缓存一致性协议，包括MESI、MOESI等，并分析它们如何确保多个处理器访问共享数据时的一致性。我们还将探讨预取技术，研究如何通过预测未来的内存访问需求，提前将数据加载到缓存中，从而有效隐藏访存延迟。 第三篇：并行之光——多核与异构计算的未来 随着摩尔定律的挑战日益严峻，多核处理器已成为提升计算性能的主流。本书将深入探讨多核处理器的设计原理，包括共享内存模型、缓存一致性在多核环境下的挑战，以及多核调度策略。我们将分析不同类型的多核架构，如同构多核和异构多核，并探讨它们各自的优势与应用场景。 异构计算，即在同一系统中集成不同类型的处理器，如CPU、GPU、FPGA等，是应对日益增长的计算需求的必然趋势。本书将介绍异构计算的基本概念，探讨不同处理器之间的协同工作机制，以及如何通过优化的编译器和运行时环境，高效地将计算任务分配到最适合的处理器上。我们将分析GPU架构的特点，以及如何利用其大规模并行处理能力来加速特定类型的计算任务。 第四篇：性能的炼金术——优化与加速的智慧 在理解了微架构和并行计算的基础后，本书的最后一部分将聚焦于实际的性能优化策略。我们将从编译器优化的角度，探讨如何通过代码重构、循环展开、函数内联等技术，生成更高效的机器码。 此外，我们还将深入研究指令集扩展，如SIMD（单指令多数据）指令，以及它们如何实现向量化计算，大幅提升数据处理效率。对于特定应用领域，如科学计算、深度学习等，本书还将探讨专门的硬件加速技术，以及如何设计和利用定制化硬件来达到极致的性能。 《硅片之魂》旨在为读者提供一个全面且深入的视角，去理解驱动现代计算体系的底层机制。无论您是计算机科学的学生、研究人员，还是对高性能计算充满好奇的工程师，本书都将为您揭示硅片深处蕴藏的无限可能，以及如何通过对微架构的深刻理解，点燃计算性能的无限潜能。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的启发不是说它的知识讲的有多高深，有多详细。 而是本书给我带来了层次化的思想和视角，我们知道，计算机是一个很复杂的系统，要想理解这一复杂系统，是比较困难的。当年学习计算机组成原理的时候就是一头雾水。 为什么，教材把关于计算机的所有层面的知识堆在...

评分☆☆☆☆☆

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这本书的封面设计简洁有力，充满了理性的美感，那种深邃的蓝色调让人联想到宇宙的浩瀚与计算机底层逻辑的严谨。拿到书的那一刻，我就被它厚重而扎实的质感吸引了。我本期望能从中找到对经典冯·诺依曼架构更深入、更现代的解读，特别是关于指令集并行（ILP）和乱序执行（OoOE）的实现细节。然而，这本书似乎将重点过多地放在了基础概念的陈述上，对于当代处理器设计中至关重要的分支预测机制的深入剖析，或者现代缓存一致性协议（如MESI或MOESI）的工作原理，介绍得略显浅尝辄止。例如，在讨论流水线冲突时，书中给出的例子相对基础，未能充分展现出多发射超标量处理器在解决数据依赖和控制依赖时所面临的复杂调度难题。我更希望看到一些关于现代RISC-V或x86-64架构下，编译器如何与硬件协同优化以最大化指令吞吐量的实例分析，而不是仅仅停留在理论模型的描绘上。总体来说，它在构建一个坚实的知识地基方面是合格的，但对于希望站在前沿了解“为什么现在的CPU跑得这么快”的读者来说，总感觉隔着一层纱，核心的“魔法”没有被完全揭示。

评分☆☆☆☆☆

从排版和引文的规范性来看，这本书无疑是教科书级别的典范，每一个术语的定义都精确无误，参考文献也标注得一丝不苟。然而，作为一名沉浸在硬件描述语言（HDL）多年的工程师，我特别关注现代FPGA和ASIC设计流程中的关键环节，比如如何使用SystemVerilog描述一个复杂的握手协议，或者如何利用时序分析工具（STA）来确保设计的时序收敛。这本书在描述数字逻辑设计部分时，似乎完全避开了这些至关重要的工具和语言。它给出的电路图依然是那种宏观的、方框式的模块划分，缺乏晶体管级别的视角，更不用提现代工艺节点下，诸如亚阈值功耗管理或时钟树综合（CTS）的复杂性。我翻遍全书，寻找关于Verilog/VHDL代码片段或仿真结果的展示，结果徒劳无功。它提供了一份精确的蓝图，但完全没有教你如何使用现代的“建筑工具”去建造它，这对于想从理论走向实践的读者而言，是一个巨大的信息缺失。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，体验上更像是在翻阅一本精心整理的博物馆藏品目录，而非一本充满活力的工程指南。它的叙事风格异常平铺直叙，每一个章节都仿佛是按照严格的学术规范搭建起来的，结构清晰到有些刻板。我尝试寻找关于片上网络（NoC）在多核处理器中如何实现高效通信的最新进展，或者深度学习加速器（如TPU或NPU）的设计哲学与传统CPU架构的根本区别。但这些在当前计算领域极具爆炸性的议题，在书中却鲜有着墨，或者被轻描淡写地归类在了“未来展望”的简短小节里。这让我不禁怀疑，这本书的编写者是否在时间线上稍微滞后了几年？我花了大量时间去解析其中关于总线仲裁机制的章节，那些关于固定优先级和轮询策略的描述，在今天的系统中，早已经被更复杂的、基于硬件调度器的动态仲裁算法所取代。如果它能用更多的篇幅去探讨如何设计出应对高并发、低延迟需求的内存控制器，那价值会直线飙升，可惜，这部分内容如同隔靴搔痒，未能满足我对系统性能瓶颈的求知欲。

评分☆☆☆☆☆

这本书的习题和案例分析部分，坦白说，是我最感到失望的环节之一。我期待的是那种需要你亲自用汇编或C语言编写小型驱动程序，或者设计一个简易的缓存模拟器的实践挑战。但书中的练习题大多停留在概念性的复述和定义上，缺乏那种能真正锻炼“动手能力”的工程实践性。比如，在讲解I/O处理时，书中只是罗列了中断驱动和轮询的优缺点，却从未引导读者去思考，在现代操作系统内核中，如何通过零拷贝技术（Zero-Copy）来减少数据在CPU和外设之间不必要的搬运。那种需要读者跳出课本，去和真实硬件交互的冲动，这本书没有成功点燃。我曾试图将书中的一个数据通路模型，套用到我最近在做的嵌入式项目上去调试一个时序问题，结果发现书中的假设环境过于理想化，完全没有考虑到真实世界中时钟域交叉（CDC）带来的同步难题。这本书更像是一个完美的理论沙盘推演，但在面对现实世界的“脏数据”和“非预期延迟”时，显得力不从心。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的特点或许就是它的“全景式”覆盖，但这种覆盖的代价是深度的缺失。它试图囊括计算机组织学的方方面面，从最底层的逻辑门，到操作系统对内存的管理，甚至触及了网络协议栈的皮毛。然而，这种“什么都谈一点”的策略，导致读者在关键领域无法获得深入的洞察力。例如，在对比内存层级结构时，书中所述的L1/L2/L3缓存的延迟数据，似乎是基于一个十年前的处理器模型。在今天的CPU设计中，L3缓存的架构已经高度复杂化，通常被划分为独享（Exclusive）和共享（Inclusive/Exclusive）的混合模式，并且与QoS（服务质量）机制紧密结合。书中对这种动态策略的讨论几乎为零。我本来希望能有一章专门探讨如何利用硬件预取器（Prefetcher）的算法优化来应对长尾延迟，但这部分内容被并入了关于主存访问的冗长描述中，显得非常晦涩难懂。如果能将篇幅集中在两到三个前沿领域进行细致的剖析，而非泛泛而谈，这本书的价值无疑会比现在高出几个数量级。

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