Engineering Theories of Software Intensive Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Broy, Manfred; Gruenbauer, Johannes; Hoare, Tony

出品人:

页数:416

译者:

出版时间:2005-09-01

价格:USD 99.95

装帧:Paperback

isbn号码:9781402035319

丛书系列:

图书标签:

• 软件工程
• 系统工程
• 复杂系统
• 软件架构
• 理论基础
• 形式化方法
• 模型驱动工程
• 可靠性工程
• 嵌入式系统
• 软件质量

好的，这是一本名为《高级计算系统架构：从理论到实践》的图书简介，聚焦于现代计算系统的复杂性、设计原则、性能优化和未来趋势，完全不涉及软件密集型系统的工程理论： --- 《高级计算系统架构：从理论到实践》 内容简介 在当今数字化的浪潮中，计算系统的规模、复杂性和性能要求正以前所未有的速度增长。无论是超大规模数据中心、边缘计算节点，还是嵌入式智能设备，支撑这些应用的核心是底层的、精妙设计的硬件与软件交互架构。本书《高级计算系统架构：从理论到实践》旨在为读者提供一个全面、深入且实用的视角，剖析现代计算系统的骨架、血肉与神经系统。我们聚焦于架构设计哲学、性能瓶颈的量化分析、异构计算单元的集成、存储层级优化以及系统级可靠性构建，而非侧重于特定软件工程方法论或开发流程。 本书的读者群定位于计算机科学、电子工程、高性能计算（HPC）以及系统软件领域的专业人士、高级研究人员和研究生。它要求读者具备扎实的计算机组成原理和操作系统基础知识，以便能更深入地理解书中阐述的复杂设计权衡。 第一部分：现代计算基石与性能度量 本部分奠定了理解当代系统架构的理论基础。我们首先探讨冯·诺依曼瓶颈的演变，引入内存墙和I/O墙等现代系统设计面临的关键挑战。 核心章节聚焦于： 指令级并行（ILP）的极限与超越： 深入剖析乱序执行（OoOE）、分支预测的复杂算法（如基于历史的预测器）及其对延迟和吞吐量的影响。我们将详细分析超长指令字（VLIW）架构的局限性，并将其与现代多核设计进行对比。 性能分析与量化： 本章不谈论代码质量，而是专注于系统级的性能指标。我们将介绍利用性能计数器（如PMC/PMU）对缓存未命中率、TLB失效、流水线停顿的精确测量方法。讨论 Amdahl 定律在异构系统中的局限性，并引入 Gustafson 定律和扩展定义的性能模型，用于预测大规模并行任务的加速潜力。 总线与互连网络拓扑： 详细考察片上网络（NoC）的设计，包括路由算法（如维度顺序、自适应路由）的选择对系统扩展性的影响。我们将对比传统总线结构（如Crossbar、Ring）与现代Mesh、Torus互连结构在带宽、延迟和能耗之间的权衡。 第二部分：存储层级与数据移动优化 数据访问的成本已成为现代计算性能的主要制约因素。本书花费大量篇幅剖析如何管理和优化跨越寄存器、多级缓存、主存乃至持久性存储的复杂数据流。 关键主题包括： 缓存一致性协议的深度解析： 全面覆盖MESI、MOESI等协议的细微差别，以及在非一致性内存模型（NUMA）环境下的扩展和维护机制。讨论基于目录（Directory-based）和基于嗅探（Snooping-based）协议的适用场景和扩展性瓶颈。 主存技术与延迟管理： 探讨DRAM从SDRAM到HBM（高带宽内存）的技术演进。特别关注内存控制器的设计，包括突发访问优化、Bank级并行性的挖掘，以及对DDR5/LPDDR5等新一代内存标准的访问模式要求。 持久性存储与加速： 介绍非易失性内存（NVM，如3D XPoint）的架构特性——高密度、低延迟和持久性。深入研究如何修改操作系统和文件系统接口，以实现对持久性存储的“字节寻址”而非传统的“块访问”，及其对事务处理的影响。 第三部分：异构计算单元与并行范式 现代计算系统不再是单一CPU的天下，而是由多种专业化处理器构成的生态系统。本部分专注于这些异构组件的设计原理及其协同工作机制。 重点内容包括： GPU架构深度剖析： 详细分析流式多处理器（SM/CU）的设计，线程束（Warp/Wavefront）调度机制，以及GPU内存层次结构（共享内存、纹理缓存、全局内存）如何服务于大规模并行数据模型。我们将对比NVIDIA CUDA核心与AMD Stream Processor的设计哲学。 加速器接口与协同处理： 探讨通用处理器（CPU）与专用加速器（如FPGA、ASIC）之间的高效通信协议。着重分析PCIe总线规范（如Gen5/Gen6）的演进，以及CXL（Compute Express Link）等新兴互连技术如何实现内存共享和设备间的缓存一致性，从而克服传统I/O隔离带来的限制。 并行编程模型与硬件映射： 讨论OpenMP、MPI、CUDA、OpenCL等模型如何映射到实际的多核/众核硬件。分析数据依赖性对并行效率的制约，以及硬件如何通过指令集扩展（如AVX-512）来加速特定数据流操作。 第四部分：系统可靠性、能耗与未来方向 系统的健壮性、能源效率和面向未来的可扩展性是系统架构师必须面对的终极挑战。 故障容忍与冗余设计： 讨论硬件层面实现容错的方法，包括纠错码（ECC）在内存和缓存中的应用、冗余电源和冷却系统的设计。分析错误检测与恢复（EDAC）机制在大型集群中的部署策略。 能效比（Performance per Watt）的优化： 探讨动态电压和频率调节（DVFS）策略的实现，以及在不同工作负载下，如何通过精细的功耗门控（Power Gating）技术来平衡性能与功耗。分析热管理对系统持续性能的限制。 超越摩尔定律的展望： 探讨下一代计算范式，例如类脑计算（Neuromorphic Computing）的硬件实现挑战、光子互连技术对数据中心延迟的潜在颠覆，以及量子计算硬件在特定问题领域的架构优势。 --- 《高级计算系统架构：从理论到实践》 不仅是一本理论参考书，更是一本深入剖析现代计算系统“为什么是这样设计”的实践手册。它将引导读者跨越抽象的软件层面，直击驱动计算革命的核心——那些精心构造的硅片、复杂的互连和精妙的调度算法。通过对这些底层机制的深刻理解，读者将能更好地设计、评估和优化下一代高性能计算解决方案。

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