并行计算机体系结构（陈国良）

　　《并行计算机体系结构》以当代可扩放的并行计算机系统结构为主题，从硬件和软件的角度，着重讨论了 对称多处理机系统、大规模并行处理机系统、机群系统和分布共享存储系统的组成原理、结 构特性、关键技术、性能分析、设计方法及相应的系统实例等。 全书共八章，可分为三个单元：第一单元为并行计算机体系结构的基础部分，包括绪论 （第一章）、性能评测（第二章）和互连网络（第三章）；第二单元为当代主流并行计算机系统， 包括对称多处理机系统（第四章）、大规模并行处理机系统（第五章）和机群系统（第六章）； 第三单元是并行计算机体系结构的较深入的内容，包括分布共享存储系统（第七章）和并行 机中的通信与延迟问题（第八章）。全书取材先进，内容精炼，体系完整，力图反映本学科的最新成就和发展势，可作为 高等学校计算机及相关专业的本科高年级学生和研究生的教学用书；也可供从事计算机体 系结构研究的科技人员阅读参考。

　　陈国良，中国科学技术大学教授，博士生导师，1938年6月生于安徽省颖上县，1961年毕业于西安交通大学无线电系计算机专业。1981—1983年在美国普度大学作访问学者，1984年至今曾多次应邀赴东京大学、普度大学、澳大利亚国立大学、新南威尔士大学、昆士兰大学、格里福斯大学、堪萨斯城市大学、依阿华大学、威斯康星大学、Maharish国际大学、香港理工大学、澳门大学、北京大学、国防科技大学等讲学交流。现任国家高性能计算中心（合肥）主任，国际高性能计算（亚洲）常务理事，全国高等教育电子、电工和信息类专业自考指导委员会副主任，中国计算机学会开放系统专业委员会副主任，中国数学会计算数学并行计算专业委员会委员，全国自然科学名词审定委员会委员。曾任国家教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会副主任，安徽省高校计算机基础课程教学指导委员会副主任，中国计算机学会理事，安徽省计算机学会理事长，中国科学技术大学计算机系主任。

第一章 绪论
1.1 引言
1.1.1 什么是并行计算机
1.1.2 为什么需要并行计算机
1.1.3 如何学习并行计算机
1.2 并行计算机发展背景
1.2.1 应用需求
1.2.2 技术进展
1.2.3 结构趋势
1.3 典型并行计算机系统简介
1.3.1 SIMD阵列处理机
1.3.2 向量处理机
1.3.3 共享存储多处理机
1.3.4 分布存储多计算机
1.3.5 共享分布存储多处理机
1.4 当代并行计算机体系结构
1.4.1 并行计算机结构模型
1.4.2 并行计算机访存模型
1.4.3 并行计算机存储层次及其一致性问题
1.5 并行计算机的应用基础
1.5.1 并行计算模型
1.5.2 并行程序设计模型
1.5.3 同步
1.5.4 通信
1.5.5 并行化技术与程序调试
1.6 国产曙光系列并行机系统介绍
1.6.1 全对称共享存储多处理机系统：曙光1号
1.6.2 大规模并行处理系统：曙光－1000
1.6.3 超级并行计算机系统：曙光－2000
1.7 小结
1.7.1 当今并行机体系结构研究的几个主要问题
1.7.2 并行计算机中的若干新技术
习题
参考文献
第二章 性能评测
2.1 引言
2.1.1 什么是并行机的基本性能
2.1.2 为什么要研究并行机的性能评测
2.1.3 如何评测并行机的性能
2.2 机器级性能评测
2.2.1 CPU和存储器的某些基本性能指标
2.2.2 并行和通信开销
2.2.3 并行机的可用性与好用性
2.2.4 机器的成本、价格与性能／价格比
2.3 算法级性能评测
2.3.1 加速比性能定律
2.3.2 可扩放性评测标准
2.4 程序级性能评测
2.4.1 基准测试程序的分类
2.4.2 基本基准测试程序
2.4.3 并行基准测试程序
2.4.4 商用基准测试程序
2.4.5 SPEC测试程序
2.5 如何提高高性能
2.5.1 任务划分
2.5.2 通信分析
2.5.3 任务组合
2.5.4 处理器映射
2.5.5 任务的分配与调度
2.6 小结
习题
参考文献
第三章 互连网络
3.1 引言
3.1.1 系统互连
3.1.2 网络部件
3.1.3 网络的性能指标
3.2 静态互连网络
3.2.1 典型的互连网络
3.2.2 静态互连网络综合比较
3.3 动态互连网络
3.3.1 多处理机总线
3.3.2 交叉开关._
3.3.3 多级互连网络
3.3.4 动态互连网络比较
3.4 机群中的互连技术
3.4.1 Myrinet
3.4.2 HiPPI和超级HiPPI
3.4.3 光纤通道和.FDDI环
3.4.4 异步传输模式ATM
3.4.5 可扩展一致性接口SCI
3.4.6 以太网
3.5 选路与死锁
3.5.1 信包传输方式
3.5.2 选路算法
3.5.3 死锁避免
3.6 流量控制
3.6.1 链路层流量控制
3.6.2 端到端流量控制
3.7 交换开关的设计
3.7.1 端口
3.7.2 内部数据路径
3.7.3 通道缓冲区
3.7.4 输出调度
3.8 实例研究
3.9 小结
习题
参考文献
第四章 对称多处理机系统
4.1 引言
4.1.1 SMP的特点
4.1.2 多处理机中的扩展存储层次结构
4.2 高速缓存一致性和顺序一致性模型
4.2.1 高速缓存一致性问题
4.2.2 高速缓存一致的存储系统
4.2.3 总线侦听实现高速缓存一致性
4.2.4 顺序一致性模型
4.3 侦听高速缓存一致性协议
4.3.1 侦听协议的类型
4.3.2 三态写回无效(MSI)协议
4.3.3 四态写回无效(MESI)协议
4.3.4 四态写回更新(Dragon)协议
4.4 基本高速缓存一致性协议的实现
4.4.1 正确性要求
4.4.2 基本实现
4.5 多级高速缓存
4.5.1 维护包含性
4.5.2 层次高速缓存一致性的传播
4.6 分事务总线
4.6.1 基本设计
4.6.2 支持多级高速缓存
4.7 同步问题
4.7.1 基本问题
4.7.2 互斥操作
4.7.3 点到点事件同步
4.7.4 全局事件同步
4.8 实例分析：SGIChallenge
4.8.1 SGI处理器和主存子系统
4.8.2 SGII／O子系统
4.9 小结
习题
参考文献
第五章 大规模并行处理机系统
5.1 MPP技术概论
5.1.1.MPP特性和问题
5.1.2 MPP系统概述
5.2 实例分析l：CrayT3E的体系结构
5.2.1 T3E的体系结构
5.2.2 T3E的系统软件
5.3 新一代ASCI／MPP系统
5.3.1 ASCI可扩放设计策略
5.3.2 硬件和软件要求
5.3.3 定约的ASCI／MPP平台
5.4 实例分析2：Intel／SandiaASCIOptionRed
5.4.1 OptionRed的体系结构
5.4.2 OptionRed的系统软件
5.5 三个典型的MPP系统的运行性能评估
5.6 小结
习题
参考文献
第六章 机群系统
6.1 引言
6.1.1 基本概念
6.1.2 体系结构
6.2 设计要点
6.2.1 可用性
6.2.2 单一系统映像
6.2.3 SolarisMC中的单系统映像
6.3 作业管理
6.3.1 研究动机
6.3.2 作业管理系统
6.3.3 研究现状
6.3.4 负载共享程序
6.4 并行文件系统
6.4.1 数据的物理分布
6.4.2 缓存
6.4.3 数据预取
6.4.4 I／0接口
6.5 实例分析
6.5.1 BerkeleyNOW
6.5.2 IBMSP2系统
6.6 小结
习题
参考文献
第七章 分布式共享存储系统
7.1 引言
7.1.1 并行计算机的存储系统组织
7.1.2 常见的共享存储系统
7.2 可扩放的高速缓存一致性协议
7.2.1 高速缓存一致性
7.2.2 基于目录的高速缓存一致性协议
7.3 放松的存储一致性模型
7.3.1 目录协议中访存事件次序的实现
7.3.2 弱存储一致性模型
7.3.3 存储一致性模型的框架模型
7.3.4 高速缓存一致性协议和存储一致性模型的关系
7.4 硬件DSM实例研究
7.4.1 Stanford的DASH多计算机(CC－NUMA结构)
7.4.2 ：KendallSquareResearch的KSRl(COMA结构)
7.5 共享虚拟存储系统SVM
7.5.1 SVM系统中的关键技术
7.5.2 实例研究：JIAJIA共享虚拟存储系统
7.6 小结
习题
参考文献
第八章 并行机中的通信与延迟
8.1 引言
8.1.1 延迟的基本概念
8.1.2 延迟容忍技术的基本要求和收益上限
8.1.3 消息传递模型下的各种延迟容忍技术
8.2 延迟避免
8.2.1 采用放松的一致性模型
8.2.2 大块数据传输
8.3 延迟容忍
8.3.1 预通信
8.3.2 多线程
8.4 延迟减少
8.4.1 用户级通信技术
8.4.2 主动消息实现技术
8.5 小结
习题
参考文献
专业术语中英对照及索引