Ефимушкина Н.В., Орлов С.П. Организация вычислительных машин и систем

2-е изд., перераб. и доп. — Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2016. — 280 с.: ил.Изложены архитектурные подходы к построению современных вычислительных машин и систем. Рассмотрены различные классы компьютерных систем: от персонального компьютера до вычислительных кластеров и суперкомпьютеров. Приводятся сведения об основных подсистемах компьютеров. На примерах процессоров фирмы Intel показано развитие их микроархитектуры от моделей Pentium до Intel Core Skylake. Приведены сведения о разработанных авторами программных имитационных моделях для исследования и изучения различных устройств и систем вычислительных машин.Предисловие.
Введение.
Классификация архитектур современных вычислительных систем.
Структурная организация компьютера. Неймановская архитектура.
Классификация ЭВМ Флинна.
Система регистров процессоров.
Система команд процессора. Архитектуры систем команд CISC, RISC и VLIW.
Стандартный цикл выполнения команд в процессоре.
Исследование вычислительных систем и устройств.
Методы исследования.
Принципы построения имитационных моделей.
Организация системных шин в компьютере.
Передача данных в компьютере.
Общая шина.
Шина PCI Express.
Системные шины FSB, QPI и HyperTransport.
Последовательные шины Serial ATA и USB.
Шина InfiniBand.
Система ввода-вывода данных в вычислительной машине.
Общие принципы ввода-вывода данных.
Организация прерываний.
Алгоритмы ввода данных.
Алгоритмы вывода данных.
Режим прямого доступа к памяти.
Имитационное моделирование процессов ввода-вывода данных.
Модель подсистемы процессорного ввода-вывода.
Модель прямого доступа к памяти.
Организация памяти в ЭВМ.
Иерархическая организация памяти и принцип локальности ссылок.
Взаимодействие процессора и различных уровней памяти.
Адресная память.
Ассоциативная память.
Организация кэш-памяти.
Кэш-память в структуре компьютера.
Типы кэш-памяти.
Множественно-ассоциативная кэш-память процессора Intel.
Встраиваемая память eDRAM.
Буфер ассоциативной трансляции.
Целостность данных.
Когерентность данных в мультипроцессорных системах.
Протокол MESI.
Дисковые массивы RAID.
Имитационное моделирование систем памяти.
Модель кэш-памяти микропроцессора.
Исследование обмена данными между оперативной и кэш-памятью.
Имитационная модель протокола MESI наблюдения кэш-памяти.
Конвейерная организация в ЭВМ.
Принципы конвейеризации.
Структурные конфликты.
Конфликты по данным.
Конфликты по управлению.
Проблема безусловного и условного переходов.
Метод задержанных переходов.
Статическое и динамическое прогнозирование переходов.
Буфер целевых адресов переходов.
Имитационное моделирование конвейерных устройств.
Модель пятиступенчатого конвейера обработки команд.
Моделирование мультиконвейерных систем.
Суперскалярная архитектура процессоров.
Выборка и декодирование команд.
Диспетчеризация и выполнение команд.
Блок возврата к естественной последовательности команд.
Метод переименования регистров.
Архитектура процессора Pentium.
Мультитредовая обработка.
Гипертредовая технология и SMT.
Имитационное моделирование суперскалярных процессоров.
Процессоры с архитектурой IA-64.
Переход от IA-32 к IA.
Концепция EPIC.
Технология предикации и спекулятивное выполнение.
Структурная схема процессора Itanium.
Сравнение архитектур IA-64 и х86-64 (Intel 64).
Имитационное моделирование процессоров EPIC.
Организация графической системы компьютера.
Интерфейсы графики.
Графический конвейер.
Видеокарта.
RAMDAC.
Видеопамять.
Графические процессоры.
Технология GPGPU и программно-аппаратная архитектура CUDA.
Архитектуры многоядерных и многопроцессорных систем.
Классификация многопроцессорных систем.
Архитектура процессоров Intel Core.
Процессоры фирмы AMD.
Стратегия «тик-так» фирмы Intel.
Архитектура Nehalem процессоров Intel.
Подсистема кэш-памяти.
Внутренняя организация ядер процессора с микроархитектурой Nehalem.
Развитие процессоров Intel.
Архитектура Sandy Bridge.
Архитектуры Haswell и Skylake.
Имитационное моделирование многопроцессорных систем.
Организация системной логики.
Основные понятия.
Система с чипсетом Intel X58 Express.
Имитационные модели передачи данных в различных топологиях вычислительных систем.
Имитационные модели линейной топологии.
Имитационная модель звездообразной топологии.
Имитационная модель древовидной топологии.
Кластеры.
Вычислительные кластеры.
Кластеры высокой готовности.
Параллельное программирование для вычислительных кластеров.
Параллелизм данных.
Параллелизм задач.
Программное средство OpenMP.
Стандарт MPI.
Законы Амдала и Густафсона.
Суперкомпьютеры.
Суперкомпьютеры фирмы Cray.
Базовая модель.
Массивно-параллельные компьютеры типа Cray T3D.
МВК «Эльбрус».
Высокопроизводительные вычислительные системы в рейтинге ТОР.
Развитие компьютеров на основе новейших технологий.
Заключение.
Библиографический список.
Список сокращений.