Multithreaded Processor Design pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Moore, Simon W.

出品人:

页数:160

译者:

出版时间:1996-4

价格:$ 270.07

装帧:HRD

isbn号码:9780792397182

丛书系列:

图书标签:

多线程
处理器设计
计算机体系结构
并行计算
VLSI设计
数字电路
性能优化
缓存一致性
互连网络
功耗管理

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具体描述

Multithreaded Processor Design takes the unique approach of designing a multithreaded processor from the ground up. Every aspect is carefully considered to form a balanced design rather than making incremental changes to an existing design and then ignoring problem areas. The general purpose parallel computer is an elusive goal. Multithreaded processors have emerged as a promising solution to this conundrum by forming some amalgam of the commonplace control-flow (von Neumann) processor model with the more exotic data-flow approach. This new processor model offers many exciting possibilities and there is much research to be performed to make this technology widespread. Multithreaded processors utilize the simple and efficient sequential execution technique of control-flow, and also data-flow like concurrency primitives. This supports the conceptually simple but powerful idea of rescheduling rather than blocking when waiting for data, e.g. from large and distributed memories, thereby tolerating long data transmission latencies. This makes multiprocessing far more efficient because the cost of moving data between distributed memories and processors can be hidden by other activity. The same hardware mechanisms may also be used to synchronize interprocess communications to awaiting threads, thereby alleviating operating system overheads. Supporting synchronization and scheduling mechanisms in hardware naturally adds complexity. Consequently, existing multithreaded processor designs have tended to make incremental changes to existing control-flow processor designs to resolve some problems but not others. Multithreaded Processor Design serves as an excellent reference source and is suitable as a text for advanced courses in computer architecture dealing with the subject.

好的，这是一份关于《并行系统架构：从理论到实践》的图书简介。图书简介：《并行系统架构：从理论到实践》作者： [此处留空，或使用虚构作者名，例如：张伟、李明] 出版社： [此处留空，或使用虚构出版社名] --- 内容概述《并行系统架构：从理论到实践》是一本深入探讨现代计算机系统并行性设计、实现与优化的专著。本书旨在为计算机科学、电子工程和高性能计算（HPC）领域的学生、研究人员和专业工程师提供一个全面而系统的框架，用于理解和构建高效的并行计算平台。本书的核心目标在于弥合理论模型与实际硬件实现之间的鸿沟。我们聚焦于如何设计能够有效利用多核、众核以及异构处理器资源的计算范式，同时解决由并行性引入的复杂性、一致性、同步和性能瓶颈等关键挑战。全书内容从基础的并行计算理论出发，逐步深入到具体的硬件微架构、内存层次结构、互连网络以及编程模型，最终覆盖到大规模分布式系统的构建。本书强调实践性，通过大量的案例研究和架构分析，展示如何将抽象的并行概念转化为高效的物理实现。章节结构与核心主题本书共分为六大部分，共十五章，结构紧凑，层层递进：第一部分：并行计算基础与理论模型 (Foundations and Theoretical Models) 本部分为后续深入讨论奠定理论基础。首先回顾串行计算的局限性，引入摩尔定律的终结与并行需求的必然性。 1.1 并行性的驱动力与分类：介绍 Flynn 分类法（SISD, SIMD, MISD, MIMD）的演进，并探讨数据并行性与任务并行性的概念区别。 1.2 基础性能度量与模型：详细分析 Amdahl 定律和 Gustafson 定律，理解加速比、效率和可扩展性的核心指标。引入 PRAM 模型作为理论分析的基准，讨论其局限性及其在现代架构中的地位。 1.3 任务分解与依赖分析：探讨如何将复杂的计算问题分解为可并行执行的子任务，重点分析数据依赖图（Data Dependency Graphs, DDG）的构建与分析，这是高效调度和资源分配的前提。第二部分：单机多核架构与内存一致性 (Single-System Multicore Architecture and Coherency) 本部分聚焦于现代通用处理器内部的并行机制，特别是多核处理器（CMP）的设计挑战。 2.1 共享内存多处理器设计：分析基于共享内存（Shared Memory）的架构，包括缓存一致性协议的必要性与实现。 2.2 缓存一致性协议的深入研究：详细阐述 Snooping 协议（如 MESI 协议的变体）与目录（Directory-based）协议的工作原理、性能权衡及其在不同规模系统中的适用性。 2.3 同步原语与并发控制：讨论硬件级同步操作（如 Load-Link/Store-Conditional, 原子操作）的设计，以及它们如何构建软件层的同步机制（互斥锁、信号量、屏障）。分析缓存失效和伪共享（False Sharing）对性能的影响。第三部分：向量处理与数据级并行性 (Vector Processing and Data-Level Parallelism) 本部分关注单指令多数据（SIMD）架构，这在图形处理和科学计算中至关重要。 3.1 向量处理器的演进与架构：回顾经典向量机（如 Cray 系列）的设计哲学，对比其与现代 CPU 中 SIMD 扩展（如 SSE, AVX, NEON）的异同。 3.2 向量化编译技术：探讨编译器如何自动识别并重构循环以实现向量化，包括循环展开、数据对齐和掩码操作的应用。 3.3 GPU 架构与执行模型：深入分析通用图形处理器（GPGPU）的SIMT（Single Instruction, Multiple Thread）执行模型，包括其巨大的线程并行度、内存层次结构（如共享内存、全局内存）以及 Warp/Wavefront 调度机制。第四部分：大规模系统互连与分布式内存 (Interconnection Networks and Distributed Memory) 当系统规模超出单机可承载范围时，互连网络和分布式内存成为瓶颈。本部分详细分析这些挑战。 4.1 互连网络拓扑结构：对比总线、交叉开关、环形、网格（Mesh）、环面（Torus）和超立方体（Hypercube）等拓扑结构，分析其延迟、带宽和容错性。 4.2 路由与流控制：探讨确定性路由与自适应路由算法（如 Dimension-Order Routing, Valiant 路由），以及死锁避免机制。 4.3 远程数据访问：介绍远超本地内存访问延迟的分布式内存编程模型，包括消息传递接口（MPI）的基本原理及其硬件加速的实现（如 RDMA）。第五部分：异构计算与新型加速器 (Heterogeneous Computing and Emerging Accelerators) 现代计算不再局限于单一类型的处理器。本部分探讨如何集成不同特性的计算单元以实现系统级性能优化。 5.1 异构系统的设计考量：分析 CPU-GPU 混合系统、FPGA 加速器以及专用 ASIC 的集成策略。探讨数据在不同设备间迁移的开销与优化。 5.2 运行时系统与调度：介绍如何设计高效的运行时系统来管理异构资源池，包括任务粒度选择、负载均衡和电源/热管理。 5.3 近存计算与新型内存技术：探讨超越传统冯·诺依曼瓶颈的潜在解决方案，包括处理数据存储器（Processing-in-Memory, PIM）和新型非易失性内存（NVM）对并行系统架构的影响。第六部分：并行软件模型与编程范式 (Parallel Software Models and Programming Paradigms) 硬件的进步必须辅以合适的软件模型才能充分发挥潜力。 6.1 线程级并行编程：深入研究 OpenMP 的指令集和运行时环境，侧重于指令的放置、数据划分策略和并行循环的优化。 6.2 消息传递模型：深入剖析 MPI 的通信原语（点对点、集合通信）及其在高性能计算集群中的应用。 6.3 数据流与反应式编程：介绍基于事件驱动和数据流的并行模型，及其在实时系统和流处理中的优势。 6.4 内存一致性模型的软件影响：探讨 C++ 内存模型（C++11/17）如何映射到实际硬件的弱一致性模型上，为程序员提供准确的并发控制视图。目标读者本书适合具备计算机体系结构基础知识的高年级本科生和研究生，以及致力于高性能计算系统设计、编译器优化、嵌入式系统开发和数据中心架构的工程师和研究人员。通过本书的学习，读者将能够： 1. 批判性评估现有并行硬件的性能瓶颈。 2. 设计和分析高效的缓存一致性协议和互连网络。 3. 掌握现代异构平台（如 GPU）的编程范式和调度机制。 4. 选择和应用最适合特定问题的并行编程模型。《并行系统架构：从理论到实践》不仅是一本教科书，更是一份指导读者穿越现代计算复杂性迷宫的路线图，旨在培养下一代能够驾驭大规模并行计算浪潮的创新者。