The Anatomy of a High-Performance Microprocessor pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Wiley-IEEE Computer Society Pr

作者:Bruce D. Shriver

出品人:

页数:568

译者:

出版时间:1998-06-04

价格:USD 82.50

装帧:Hardcover

isbn号码:9780818684005

丛书系列:

图书标签:

《微处理器设计》参考文献
processor
EECS
Microprocessor
Computer Architecture
Digital Logic
VLSI
High-Performance Computing
Processor Design
CPU
Hardware Design
Computer Engineering
Embedded Systems

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具体描述

"A rare look into high-performance main-stream processors exposed with clarity and elegance". —Harold Stone, NEC Research Institute

"A unique combination of a very well developed, scholarly, thorough, long-term, perspective with detailed hands-on insight into actual current industrial practices". —Tore Larsen, Princeton University and University of Tromso

"There are few books on the market which can compete with this text either in the technical depth of the presentation, or the completeness of the coverage". —Ron Hoelzeman, University of Pittsburgh

"The best and easiest way to learn how the latest superscalar microprocessors really work. Not only are the microarchitectural features well presented, but they are presented along with a historical context which shows that the new microprocessors have inherited much from the supercomputers of the 60's and 70's". —Edmund Gallizzi, Eckerd College

This work describes in detail the microarchitecture of a high-performance microprocessor, giving an integrated treatment of platform and systems issues relating to the design and implementation of microprocessor-based systems. Unique in content and approach, the accompanying interactive CD-ROM provides multiple books and a wide variety of materials:

Complete data books

Articles from journals and conference proceedings

Manuscripts of important historical interest

IEEE and Industry standards

VHDL and Verilog simulators

Numerous video and audio clips

Complete text of the book, including figures and tables

Shriver and Smith use AMD's K6 3D microprocessor as a "case study" basis for discussions on microarchitecture issues and increasingly important industry specfications and platforms on systems issues. This book is an important reference for individuals building systems using microprocessors and readers looking for significant insights into fundamental design guidelines that transcend the design, implementation, and use of a specific microprocessor. Practitioners, academics, and technical and product managers alike will benefit from this detailed overview of microprocessors, platforms, and systems for years in the future.

The main sections:

Microprocessors, Platforms, and Systems

A Microarchitecture Case Study

The K6 3D Microarchitecture

Technology Components of Platform Architecture

Platform Memory Technology

Platform Optimization Techniques and Directions

System Requirements:

All of the material on the companion CD-ROM, except for the three simulators, can be used on any system with the following:

A CD-ROM reader, a video board, and a sound card

Acrobat Reader with Search Version 3.01 or higher

All of the standard plug-ins installed including the Search, Movie, and Weblink plug-ins

Adobe Acrobat Readers with Search Version 3.01 for Windows systems and some versions of Unix are included on the companion CD-ROM. The Acrobat Reader with Search for Mac systems, as well as for the operating systems with which the Reader or the Reader with Search (strongly recommended) can be used, is available on Adobe's Web-site

UNIX users may have to install a .MOV and . (see inside front flap)

架构之谜：深度解析现代信息处理系统的基石图书名称：架构之谜：深度解析现代信息处理系统的基石简介：本书旨在深入剖析现代信息处理系统的核心——处理器架构的演进、原理与前沿实践。我们聚焦于那些驱动当代计算革命的底层逻辑，而非单一的微处理器实现细节。本书将带领读者穿越数字逻辑的迷雾，探究指令集设计、流水线机制、内存层次结构以及并行处理技术如何协同工作，共同构建起我们日常所依赖的强大计算能力。第一部分：计算的基石——从逻辑到指令本部分将追溯计算机体系结构的历史脉络，从冯·诺依曼结构的基本概念出发，逐步引入现代处理器的核心设计范式。第一章：数字逻辑与基础代数本章将奠定坚实的理论基础。我们不会停留于基础的布尔代数和逻辑门，而是深入探讨CMOS技术对逻辑实现的影响，以及如何设计高扇入、低延迟的组合逻辑电路。重点分析时序逻辑（触发器、锁存器）的设计约束，特别是对建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的严格要求，这些是时钟域同步的基础。第二章：指令集架构（ISA）的哲学之争指令集架构是硬件与软件之间的契约。本章详细比较了复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）的设计哲学。我们将分析指令格式的设计如何影响解码器的复杂性、寻址模式的选择对程序效率的影响，以及RISC-V等新型开放架构的崛起，如何挑战传统商业ISA的统治地位。特别探讨定点和浮点运算指令的编码标准，以及它们在高性能计算中的性能权衡。第三章：指令的生命周期——取指、译码与执行本章聚焦于单一指令在处理器内部的旅程。我们将详细描绘指令预取阶段的缓存交互，译码单元如何将复杂指令分解为微操作（Micro-operations），以及执行单元（ALU/FPU）的设计。本章将用大量图示解析数据通路（Datapath）的设计，包括算术逻辑单元（ALU）中快速加法器（如Carry-Lookahead Adder）的实现原理，以及如何通过精确的控制信号来驱动数据流。第二部分：突破速度瓶颈——流水线与乱序执行的艺术处理器的性能提升很大程度上依赖于如何并行处理多条指令。本部分是本书的核心，将详细阐述现代超标量处理器如何通过高级技术来隐藏指令间的依赖性。第四章：理想与现实的流水线流水线（Pipelining）是提升吞吐量的关键。本章不仅解释了五级流水线的概念，更深入探讨了流水线中的主要挑战：结构冲突、数据冲突和控制冲突。我们将分析停顿（Stall）和冒泡（Bubble）的产生机制，并详述如何通过资源复制（如多端口寄存器堆）来缓解结构冲突。第五章：控制依赖的胜利——分支预测机制控制依赖（即分支指令）是流水线的最大敌人。本章将系统地介绍各种分支预测技术，从静态预测到动态预测。我们将详细解析两级（Two-Level）分支预测器（如GShare）的工作原理，讨论分支历史表（BHT）和返回地址栈（RAS）的设计，并评估预测错误带来的惩罚模型和恢复机制。第六章：超越顺序：乱序执行的内核为了最大限度地利用处理器资源，现代架构采用了乱序执行（Out-of-Order Execution, OoOE）。本章将详细解析OoOE引擎的三个核心组件：指令缓冲池（Instruction Window）、重排序缓冲（Reorder Buffer, ROB）和寄存器重命名（Register Renaming）。我们将重点阐述如何使用物理寄存器文件替代架构寄存器，以及如何通过“提交”（Commit）阶段确保程序在观察者看来是顺序执行的（即正确性）。第七章：数据依赖的处理——保持正确的执行顺序乱序执行必须确保数据依赖的正确性。本章深入探讨了片上调度器（Scheduler）的设计，特别是基于保留站（Reservation Stations）的调度方法。我们将分析Tomasulo算法的现代变体，以及如何通过发布（Issue）逻辑来检测和处理RAW（读后写）、WAR（写后读）、WAW（写后写）等数据相关性。第三部分：内存的挑战——层次结构与一致性处理器速度的飞速发展使得内存访问延迟成为主要的性能瓶颈。本部分专注于处理器如何与层次化存储系统交互，以及如何维护数据在不同存储单元间的一致性。第八章：缓存的艺术——层次结构与替换策略本章详述了L1、L2和L3缓存的设计差异和用途。我们将分析缓存的三个关键参数：容量、关联度（Associativity）和块大小（Block Size），并探讨它们对命中率的影响。深度分析了各种替换策略，如LRU（最近最少使用）、Pseudo-LRU和基于硬件的近似LRU算法的实现复杂性。第九章：虚拟内存与地址翻译现代操作系统依赖虚拟内存模型。本章解释了分段（Paging）机制，以及转换后援缓冲器（TLB）作为缓存虚拟地址到物理地址映射的关键作用。我们将解析多级页表的结构，以及TLB未命中（Miss）时，硬件或软件如何高效地完成地址解析过程。第十章：多核时代的挑战——内存一致性模型随着多核和多处理器的普及，数据一致性成为设计中最复杂的部分。本章详细阐述了不同的内存一致性模型（如顺序一致性、释放一致性、流水线一致性）。重点分析缓存一致性协议（Cache Coherence Protocols），特别是基于嗅探（Snooping）的总线协议（如MESI、MOESI）和基于目录（Directory-based）协议的工作原理，以及它们如何通过无效化（Invalidation）或写回（Write-Back）操作来同步共享数据。第四部分：超越标量——向量、GPU与未来展望本部分将目光投向更广阔的并行计算领域，探讨如何通过特化架构来处理大规模数据并行性。第十一章：向量处理与SIMD扩展向量处理器提供了强大的单指令多数据（SIMD）能力。本章将分析SSE、AVX等主流CPU内部的向量执行单元设计，包括打包（Packed）操作与解包（Unpacked）操作的实现。我们将讨论如何有效地将标量代码转换为向量化指令以充分利用宽寄存器。第十二章：流处理器与大规模并行计算图形处理器（GPU）已成为通用计算的强大工具。本章将对比CPU的面向延迟（Latency-Oriented）设计与GPU的面向吞吐量（Throughput-Oriented）设计。详细解析GPU的流多处理器（SM/CU）结构，线程束（Warp/Wavefront）的调度机制，以及它们如何通过海量线程来隐藏内存延迟，实现大规模并行加速。第十三章：功耗与能效的权衡现代芯片设计中，功耗是与性能并驾齐驱的关键指标。本章讨论动态功耗（开关活动）和静态功耗（漏电流）的来源。分析了降低功耗的技术，如时钟门控（Clock Gating）、电源门控（Power Gating），以及电压和频率调节（DVFS）技术在不同负载下的动态管理策略。结论：迈向后摩尔时代的架构创新总结当前架构设计面临的挑战（如摩尔定律的放缓），并展望未来的研究方向，包括近存计算（Processing-in-Memory）、专用加速器（Accelerators）的集成，以及如何设计出更具弹性、更低功耗的新一代计算引擎。本书适合于计算机体系结构专业学生、硬件设计工程师，以及任何希望深入了解现代CPU内部“黑箱”运作机制的专业人士。通过对这些核心概念的详尽剖析，读者将能够构建起一个坚实而全面的处理器设计认知框架。

作者简介

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就充满了科技感，深邃的蓝色背景下，抽象的电路图若隐若现，仿佛蕴藏着无数精密的逻辑。我翻开扉页，首先映入眼帘的是作者充满热情的序言，他用一种近乎诗意的语言描绘了微处理器在现代社会中的核心地位，以及其背后蕴含的工程智慧。我猜想，这本书不仅仅是在讲解技术，更是在传递一种对计算科学的热爱。我迫不及待地想进入那些精密的电路设计，去理解每一条信号如何穿越数以亿计的晶体管，最终汇聚成强大的计算能力。我一直对那些看不见的“大脑”如何思考感到好奇，而这本书的名字让我觉得，它将会带我走进这个微观世界的深处，去解剖那些驱动我们数字生活的核心部件。我希望它能像一位经验丰富的向导，带领我这个门外汉，一步步揭开微处理器的神秘面纱。或许，我还能从中找到一些关于未来计算趋势的线索，毕竟，科技的进步日新月异，而微处理器无疑是这场进步最前沿的战士。这本书的厚度也让我对内容的丰富程度充满期待，我希望能从中获得扎实的理论基础，也能看到一些前沿的研究动态。

评分☆☆☆☆☆

作为一个长期关注科技发展的爱好者，我一直在寻找一本能够深入浅出地剖析微处理器核心技术的书籍。而《The Anatomy of a High-Performance Microprocessor》这个书名，恰恰击中了我的兴趣点。它承诺将“解剖”高能效的微处理器，这让我联想到那些精密的手术过程，每一个环节都至关重要。我期待这本书能够揭示高性能微处理器背后是如何通过精巧的设计和算法优化，实现速度与功耗的最佳平衡。我很好奇，那些在手机、电脑甚至超级计算器里默默工作的微小芯片，究竟是如何在极短的时间内完成如此庞大的计算任务的。这本书的标题暗示着它将不仅仅是关于架构的介绍，更是关于“如何做到高性能”的深入探讨。我希望它能包含一些关于晶体管级别的优化，以及如何利用并行处理和指令集架构来提升效率的细节。如果书中能分享一些真实的案例分析，或者对不同微处理器设计的优劣进行对比，那就更具参考价值了。

评分☆☆☆☆☆

老实说，一开始拿到这本《The Anatomy of a High-Performance Microprocessor》，我有些担心它会不会太过专业，晦涩难懂。毕竟，微处理器本身就涉及大量的硬件知识和复杂的理论。然而，在我翻阅了几页后，这种顾虑便烟消云散了。作者的写作风格非常生动，他并非直接抛出一堆专业术语，而是通过类比和形象的比喻，将那些抽象的概念具象化。例如，他用“城市交通网络”来比喻数据在处理器内的流动，用“交响乐团”来形容不同组件之间的协作。这种 pendekatan 极大地降低了阅读门槛，让我这个非科班出身的读者也能津津有味地读下去。我感觉作者就像一位经验丰富的老工匠，耐心地向学徒传授他的绝技。每一张图表都精心设计，清晰地展示了复杂的结构和原理。我尤其期待能够理解那些关于流水线、缓存和分支预测的章节，它们听起来就像是微处理器在高速运转时的“秘籍”。我相信，通过这本书，我不仅能了解微处理器的“是什么”，更能明白“为什么”以及“怎么做到”的。

评分☆☆☆☆☆

我是一名计算机专业的学生，最近在学习数字逻辑和计算机体系结构。偶然间看到这本《The Anatomy of a High-Performance Microprocessor》，立刻就被它吸引了。在我看来，理解高性能微处理器的内部工作原理，是深入学习计算机科学的关键一环。这本书的标题本身就充满了吸引力，它承诺要揭示“高能效”的奥秘，这正是我们在设计和优化计算系统时追求的目标。我希望这本书能够提供关于现代处理器设计中那些至关重要的概念的清晰解释，比如超标量执行、乱序执行、分支预测的实现细节，以及内存层次结构（缓存）的优化策略。我尤其期待能够学习到关于如何平衡性能和功耗的设计权衡，以及指令集架构（ISA）对微处理器性能的影响。这本书的厚度预示着内容的深度，我希望它能为我提供一个坚实的理论基础，并帮助我更好地理解那些在学术论文和技术资料中遇到的专业术语。

评分☆☆☆☆☆

一直以来，我对那些能够改变世界的技术都充满了好奇，而微处理器无疑是其中最核心的一环。它就像是现代社会的“引擎”，驱动着我们生活中的一切。所以，《The Anatomy of a High-Performance Microprocessor》这个书名，立刻就引起了我的注意。它听起来就像是一份详尽的“解剖报告”，要把这些神奇的芯片的内在运作机制展现在我面前。我迫切地想知道，是什么样的智慧和技术，才能将如此微小的空间，塞进如此强大的计算能力。我希望这本书能够带我深入了解微处理器的基本组成部分，比如CPU的核心、指令解码器、执行单元等等，并解释它们是如何协同工作的。我尤其对“高性能”这个词感到兴奋，它暗示着书中会涉及一些关于速度、效率和优化的讨论。或许，我还能从中了解到，为什么有些处理器比其他处理器更快，更节能。这本书的出现，让我觉得我离理解这个数字世界的“心脏”又近了一步。

评分☆☆☆☆☆