Rechnerorganisation und Rechnerentwurf: die Hardware/Software-Schnittstelle
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| New Title: | Patterson, David A. Rechnerorganisation und Rechnerentwurf, 6. Auflage 2022 |
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| Previous Title: | Patterson, David A.: Rechnerorganisation und -entwurf, 3. Auflage, 2005 |
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| Published: |
Berlin ; Boston
De Gruyter Oldenbourg
[2016]
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| Edition: | 5. Auflage |
| Series: | De Gruyter Studium
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|---|---|
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INHALTSVERZEICHNIS
1 ABSTRAKTIONEN UND TECHNOLOGIEN 1
1.1 E
INFUEHRUNG.
1
1.2 ACHT WICHTIGE KONZEPTE DER COMPUTERARCHITEKTUR . . . . . . . 9
1.3 WAS SICH HINTER EINEM P RO G RA M . . . . . . . . . . . 12
1.4 UNTER DER
HAUBE.
16
1.5 PROZESSORHERSTELLUNG . . . . . . . . 26
1.6
LEISTUNG.
30
1.7 DIE HUERDE DES STROM VERBRAH
. 42
1.8 DER WECHSEL VON EINZELPROZESSOREN ZU MULTIPROZESSOREN . . . 45
1.9 FALLSTUDIE: BENCHMARKING DES INTEL CORE 17 . . . . . . . . . . 49
1.10 FALLSTRICKE UND
TRUGSCHLUESSE. 52
1.11
SCHLUSSBETRACHTOGEN.
55
1.12 *HISTORISCHE PERSPEKTIVEN UND LITERATURHINWESE . . . . . . . * /
1.13 A
UFGABEN.
57
2 BEFEHLE: DIE SPRACHE DES RECHNERS 65
2.1 E
INFUEHRUNG.
65
2.2 OPERATIONEN DER
RECHNERHARDWARE. 68
2.3 OPERANDEN DER
RECHNERHARDWARE. 70
2.4 VORZEICHENBEHAFTETE UND NICHT . . 77
2.5 DARSTELLUNG VON BEFEHLEN IM R E C H N E R
.
84
2.6 LOGISCHE
OPERATIONEN.
92
2.7 BEFEHLE ZUM TREFFEN VON ENTSCHEIDUNGEN . . . . . . . . . . . 95
2.8 UNTERSTUETZUNG VON P RO Z E D U R . . 101
2.9 KOMMUNIKATION MIT MENSCHEN
. 112
2.10 UMGANG MIT 32-BIT*DIREKTOPERANDEN UND 32-BIT-ADRESSEN . . 117
2.11 PARALLELITAET UND BEFEHLE: SYN*ONISIERUNG . . . . . . . . . . 126
2.12 UBERSETZEN UND STARTN EINES PROGRA^^ . . . . . . . . . . . 129
2.13 ZUSAMMENFASSUNG AM BEISPIEL N . 139
2.14 FELDER UND ZEIGER IM
VERGLEICH. 148
2.1*
*
TORTGESCHRITTENER STOFF: C-COMPILER UND JAVA-INTERPRETER . .
IB Z
2.16 FALLSTUDIE: A LV 7 -B E FE H LE (32 B I T )
. 152
2.17
FALLSMDIE:X86-BEFEHLE.
156
2.18 FALLSTUDIE: A I V 8
*
B EFEHLE(64B IT). 167
2.19 FALLSTRICKE UND TRUGSCHLUESSE.
2.20 SCHLUSSBETRACHTUNGEN.
2.21
**
HISTORISCHE PERSPEKTIVEN UND LITERATURHINWEISE
2.22 AUFGABEN
3 RECHNERANTHMEUEK 185
3.1 E
INFIIHRUNG.
185
3.2 ADDITION UND SUBTRAKTION
.
185
3.3
MULTIPLIKATION.
190
3.4 D IVISION
.
197
3.5
GLEITKOMMAARITHMETIK.
205
3.6 PARALLELITAET UND COMPUTERARITKETIK:SUBWORT*PARALLELITAET . . . 234
3.7 FALLSTUDIE: STREAMING-SIMD UND VEKTORERWEITERUNGEN FOER *86 235
3.8 BESCHLEIIGUNG: SUBWORT-PARALLELITATUND MATRIXMULTIPLIKATION 237
3.9 FALLSTRICKE UND
TRUGSCHLUESSE. 240
3.10
SCHLUSSBETRACHTUNGEN.244
3.11
**
HISTORISCHE PERSPEKTIVEN UND LITERATURHINWEISE . . . . . . . 249
3.12 A U
FGABEN.249
4 DER PROZESSOR 259
4.1 E
INFUEHRUNG.259
4.2 KONVENTIONEN FUR DEN ENTWURF VON LOGIKSCNALTOGEN . . . . . 204
4.3 AUFTAU EINES DATENPFADES
.
20
7
4.4 EINE EINFACHE IMPLEMENTIERUNGSMETHODE
.
276
4.5 UEBERSICHT UEBER DIE TECHNIK DES PIPELININGS. . . . . . . . . . . 288
4.6 PIPELINING VON DATENPFAD UND STEUERWERK . 305
4.7 DATENKONFLIKTE: FORWARDING VS. STALLING . . . . . . . . . . . . 323
4.8
STEUERKONFLIKTE.337
4.9
AUSNAHMEBEHANDLUNG.
347
4.10 PARALLELITAET AUF
BEFEHLSEBENE. 354
4.11 FALLSTUDIE: DIE PIPELINES BEIM ARM CORTEX-*8 UND BEIM INTEL
****17
* *
4.12 SCHNELLER WERDEN: PARALLELITAET AUF BEFEHLSEBENE . . . . . . . . 376
4.13 I FORTGESCHRITTENER STOFF: BINFUHRUNG IN DEN SCHALTUNGSENTWURF 379
4.14 FALLSTRICKE UND
TRUGSCHLUESSE. 379
4.15
SCHLUSSBETRACHTUNGEN.380
4.16 I HISTORISCHE PERSPEKTIVEN UND LITERATUEINWEISE . . . . . . . 381
4.17 A U
FGABEN.382
68
70
72
73
5
GROSS UND SCHNELL* AUSNUTZUNG DER SPEICHERHIERARCHIE
5.1 E
INFUEHRUNG.
5.2
SPEICHERTECHNOLOGIEN.
5.3 GRUNDLAGEN DES
CACHINGS.
5.4 C ACHE-L EISLG MESSEN UND VERB ESSERN
.
5.5 ZUVERLAESSIGE SPEICHERHIERARC^
.
5.6 VIREELLE
MASCHINEN.
5.7 VIRTUELLER S P E IC H E
R.
5.8 ALLGEMEINES SCHEMA DER . . . . . . . . .
5.9 STEUERUNG EINES EINFACHEN CACHES MIT EINEM ENDLICHEN AUTO-
*IID-TEN
* *
_
* * * *
_ _
* * * * * * *
_
* * * * * * * *
_
* * * *
5.10 PARALLELITAET UND SPEICHERHIERARCHIEN: CACHE-KOHAERENZ . . . . .
5.11 PARALLELITAET UND SPEICHERHIERARCHIE: RAID . . . . . . . . . .
5.12 II FORTGESCHRITTENER STOFF: CACHE-CONTROLLER . . . . . . . . . .
5.13 FALLSTUDIE: SPEICHERHIERARCHIEN VON
CORE *7
.
5.14 BESCHLEUNIGUNG: CACHE-BLOCKINGUNDMATRIXMULTIPLIKATION. .
5.15 FALLSTRICKE UND
TRUGSCHLUESSE.
5.16
SCHLUSSBETRACHTUNGEN.
5.17 _*HSTORICHE PERSPEKTIVE UND LITERATURHINWESE . . . . . . .
5.18 A
UFGABEN.
399
399
404
411
477
447
454
458
488
496
501
506
506
506
511
514
519
520
520
6 PARALLELE PROZESSOREN: VOM CLIENT ZUR CLOUD 539
6.1 E
INFIIHRUNG.
539
6.2 W A ^ ES SCHWIERIG IST
*
P A R A LLE N . 541
63 SISD, MIMD, SIMD, SPMD UND VEKTOR . . . . . . . . . . . . 547
6.4 HARDWARESEITIGES MULTITHREADING
.
554
6.5 MULTICORES. MULTIPROZESSOREN MIT GEMEINSAM GENUTZTEM SPEI*
E H E R .;
.
558
6.6
GRAFIKPROZESSOREN(GPUS)-EINFIIHRUNG.563
6.7 CLUSTER UND WAREHOUSE SCALE COMPUTER . . . . . . . . . . . . 71 *
6.8 EINFUEHRUNG IN MULTIPROZESSOR-NETZTOPOLOGIEN . . . . . . . . . 577
6.9
**
KOMMUNIKATION MIT DER AUSSENWELT: CLUSTER . . . . . . . . 581
6.10 MULTIPROZESSOR-BENCHMARKS D . . . . . 581
6.11 FALLSTUDIE: INTEL CORE *7 960 UND NVIDIA TESLA . . . . . . . . 592
6.12 BESCHLEUNIGUNG: MULTIPLE PROZESSOREN UND MATRIXMULTIPLIKATION 596
6.13 FALLSTRICKE UND TRUGSCHLUESSE
.
599
6.14 SCHLUSSBETRACHTUNGEN
.
601
6.1)
*
HISTORISCHE PERSPEKTIVE UND LITERAMRHINWEISE . . . . . . . 605
6.16 A
UFGABEN.605
F A C H B E G IE DEUTSCH - ENG* SCH 621
E NGLISCH-D
EUTSCH.
621
D EUTSCH-E
NGLISCH.
624
APPENDICES
A : ASSEMBLERS
*
LINKERS
*
AND THE SPIM SIMULATOR *-1
A L INTRODUCTION
.
*-3
*9 ASSEMBLERS
.
*-
**
*.3 LINKERS
.
*-1*
*.4 LOADING
.
* 19*
*.5 MEMORY USAGE
.*-20
*.6 PROCEDURE CALL CONVENTION
.*-22
*.7 EXCEPTIONS AND INTO T UPTS
.
* 33*
*.8 INPUT AND OUTPUT
.
* 38*
*.9 S P I M
.
* 40*
*.10 MIPS R 20AE ASSEMBLY LANGUAGE
.*-45
A . LLC O N C LU D IN G R E M A RK
S.*-81
*.12
EXERCISES.*-82
B: THE BASICS OF LOGIC DESIGN *-2
*.1 INTROD U CTIO N
.*-3
*.2 GATES
*
TRUTH TABLES
*
AND LOGIC E Q U A TIO N S
.
*-4
*.3 COMBINATIONAL L O G IC
.*-9
*.4 USING A HARDWARE DESCRIPTION LANGUAGE
. * 2 0 *
*.5 CONSTRUCTING A BASIC ARITHMETIC LOGIC UNIT
.*-26
*.6 FASTER ADDITION: CARRY L O O K AH E AD
.*-38
*.7 CLOCKS
. . . . . .
*
. *
. . .
*
. . . . . . . . . . . . . .
* . .
*.48
*.8 MEMORY ELEMENTS FLIP-FLOPS
*
LATCHES
*
AND REGISTERS . *-50
*.9 MEMORY ELEMENTS: SRAMS AND D R A M
S.*-58
*.10 FINITE-STATE M
ACHINES.*-67
*.11 T IE GM E*IODOLOGIES
.
*-72
B. 12 FIELD PROGRAMMABLE D EICES
.*-78
B.13 CONCLUDING REMARKS
.
*-79
B. 14 E
XERCISES.
*-80
STICHWORTVERZEICHNIS 1-1
ONLINE CONTENT
C : GRAPHICS AND COMPUTING GPUS C-2
C .L INTROD U CTIO N
.
C 3 *
C. 2 GPU SYSTEM A RCHITECTURES
.
C 7 *
C.3 PROGRAMMING GPUS
.
C-12
C.4 MULTITHREADED MULTIPROCESSOR ARCHITECTURE
.
C-25
C.5 PARALLEL M EM OY SYSTEM
.
C-36
C.6 FLOATING POINT ARITHMETIC
.
C 4 1 *
C.7 REALSTUFF:THEN V ID IA G EFORCE8800 . C-46
C.8 REAL STUFF :MAPPING APPLICATIONS TO GPUS . C-55
C.9 FALLACIES AND P ITF A LLS
.C-72
C.10 CONCLUDING REMARKS
.C-76
C . L L HISTORICAL PERSPECTIVE AND HURTHER R E A D IN G
.
C-77
D: MAPPING CONTROL TO HARDWARE D 2 *
D.L
INTRODUCTION.
D-3
D.2 IMPLEMENTING COMBINATIONAL CONTROL UNITS
.
D-4
D.3 IMPLEMENTING FINITE-STATE MACHINE C O N TR O L
.
D-8
D.4 IMPLEMENTING THE NEXT-STATE FUNCTION WITH A SEQUNCER . D-22
D.5 TRANSLATING A MICROPROGRAM TO H A RD W A RE
.
D 28*
D.6 CONCLUDING R E M A RK
S.D-32
D.7
EXERCISES.D-33
E: A SURVEY OFM SC ARCHITECTURES FOR DESKTOP, SERVER
*
AND EMBEDDED COMPUTERS *-2
*.1
INTRODUCTION.
*-3
*.2 ADDRESSING MODES AND INSTRUCTION FORMATS
.
*-5
*.3 INSTRUCTIONS T HE MIPS CORE S U B S E T
.
*-9
*.4 INSTRUCTIONS MULTIMEDIA EXTENSIONS OF THE
DESKTOP/SERVER RISCS
.
*-16
*.5 INSTRUCTIONS: DIGITAL SIGNAL-PROCESSING EXTENSIONS OF
THE EMBEDDED R LS C S
.
*-19
*.6 INSTRUCTIONS: COMMON EXTENSIONS TO MIPS C O RE
.
*-20
*.7 INSTRUCTIONS UNIQUE TO M IP S
-64.*-25
*.8 INSTMCTIONS UNIQUE TO ALPHA
.
*-27
*.9 INSTRUCTIONS UNIQUE TO SPARC V 9
. *-29
*.10 INSTRUCTIONS UNIQUE TO P O W E RP C
.*-32
*.11 INSTRUCTIONS UNIQUE TO PA-RISC 2 .0
. *-34
*.12 INSTRUCTIONS UNIQUE TO A R M
.
*-36
*.13 INSTRUCTIONS UNIQUE TO T H U M B
.
*-38
*.14 INSTRUCTIONS UNIQUE TO
SUPERH.*-39
*.15 INSTMCTIONS UNIQUE TO M 3 2 R
.
*-40
*.16 INSTRUCTIONS UNIQUE TO M
IPS-16.*-40
*.17 CONCLUDING R E M * S
.*
43*
GLOSSARY G 1*
FURTHERREADING FR-1 |
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| author | Patterson, David A. 1947- Hennessy, John L. 1952- |
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