计算机系统设计:片上系统

出版日期:2015-6
ISBN:9787111498135
作者:(美)迈克尔 J.弗林(Michael J.Flynn)
页数:278页

书籍目录

译者序
原书前言
缩略语
第1章系统方法简介
1.1系统架构:概览
1.2系统组件:处理器、存储器及互联
1.3硬件和软件:可编程性与性能
1.4处理器架构
1.4.1处理器:功能的观点
1.4.2处理器:架构的观点
1.5内存与寻址
1.5.1SoC内存实例
1.5.2寻址:内存架构
1.5.3SoC操作系统内存
1.6系统级互联
1.6.1基于总线方法
1.6.2片上网络方法
1.7SoC设计方法
1.7.1需求与规范
1.7.2设计迭代
1.8系统架构及其复杂性
1.9SoC产品经济及影响
1.9.1影响产品成本的因素
1.9.2给产品经济和技术复杂性建模:SoC课程
1.10应对设计复杂性
1.10.1购买IP
1.10.2重构
1.11总结
1.12习题
第2章芯片基础:时间、面积、功耗、可靠性和可配置性
2.1引言
2.1.1设计的权衡
2.1.2需求和规格
2.2周期
2.2.1周期的定义
2.2.2流水线优化
2.2.3性能
2.3芯片面积和成本
2.3.1处理器面积
2.3.2处理器单元
2.4理想和实用尺寸
2.5功耗
2.6在处理器设计中面积时间功耗的权衡
2.6.1工作站处理器
2.6.2嵌入式处理器
2.7可靠性
2.7.1解决物理错误
2.7.2错误检测和纠正
2.7.3解决制造缺陷问题
2.7.4存储和功能擦除
2.8可配置性
2.8.1为什么要可配置性设计
2.8.2可配置器件的面积估计
2.9总结
2.10习题
第3章处理器
3.1引言
3.2SoC处理器的选择
3.2.1概述
3.2.2实例:软处理器
3.2.3实例:处理器核选择
3.3处理器体系结构中的基本概念
3.3.1指令集
3.3.2一些指令集习惯
3.3.3分支
3.3.4中断和异常
3.4处理器微体系结构的基本概念
3.5指令处理的基本元素
3.5.1指令译码器和互锁
3.5.2旁路
3.5.3执行单元
3.6缓冲:让流水线延迟最小化
3.6.1平均请求率缓冲
3.6.2固定或最大请求率的缓冲设计
3.7分支:减少分支的开销
3.7.1分支目标获取:分支目标缓冲
3.7.2分支预测
3.8更健壮的处理器:矢量、超长指令字和超标量体系结构
3.9矢量处理器和矢量指令扩展
3.9.1矢量功能部件
3.10超长指令字处理器
3.11超标量处理器
3.11.1数据相关
3.11.2检测指令并行
3.11.3一个简单的实现
3.11.4乱序指令的状态保存
3.12处理器的演变和两个实例
3.12.1软核和固核处理器设计:IP形式的处理器
3.12.2高性能定制处理器
3.13总结
3.14习题
第4章片上系统和基于主板系统的存储设计
4.1引言
4.2概况
4.2.1SoC外部存储:闪存
4.2.2SoC内部存储器:放置点
4.2.3存储器大小
4.3暂存器和缓存
4.4基础概念
4.5缓存组织形式
4.6缓存数据
4.7写策略
4.8失效替换策略
4.8.1读取一行
4.8.2行替换
4.8.3缓存环境:系统、事务和多道程序的影响
4.9其他类型的缓存
4.10分离的指令缓存和数据缓存及代码密度的影响
4.11多级缓存
4.11.1缓存阵列大小的限制
4.11.2评估多级缓存
4.11.3逻辑包含
4.12虚实转换
4.13片上存储系统
4.14片外(基于主板)存储系统
4.15简单DRAM和存储阵列
4.15.1SDRAM和DDR SDRAM
4.15.2存储缓冲器
4.16处理器存储器交互简单模型
4.16.1简单多处理器和存储器模型
4.16.2StreckerRavi 模型
4.16.3交叉缓存
4.17总结
4.18习题
第5章互联
5.1引言
5.2概述:互联结构
5.3总线:基本结构
5.3.1仲裁和协议
5.3.2总线桥
5.3.3物理总线结构
5.3.4总线多样性
5.4SoC总线标准
5.4.1AMBA总线
5.4.2CoreConnect总线
5.4.3总线接口单元:总线套接字和总线封装
5.5总线模型分析
5.5.1竞争和共享总线
5.5.2简单的总线模型:没有重新提交
5.5.3重新提交的总线模型
5.5.4使用总线模型:计算给定的占有率
5.5.5总线事务的影响和竞争时间
5.6超越总线:拥有交换互联的NoC
5.6.1静态网络
5.6.2动态网络
5.7一些NoC交换的例子
5.7.1直接网络的一个二维网格的实例
5.7.2同步SoC的异步交叉互联(动态网络)
5.7.3阻塞与不阻塞比较
5.8分层结构和网络接口单元
5.8.1NoC的分层结构
5.8.2NoC和NIU的实例
5.8.3总线与NoC比较
5.9互联网络评估
5.9.1静态网络与动态网络比较
5.9.2网络比较:实例
5.10总结
5.11习题
第6章定制与可配置性
6.1引言
6.2估算定制的有效性
6.3SoC定制综述
6.4定制指令处理器
6.4.1处理器定制方法
6.4.2架构描述
6.4.3自动识别定制指令
6.5重构技术
6.5.1可重构的功能单元
6.5.2重构互联
6.5.3软件可配置处理器
6.6可重构设备上的映射设计
6.7特定实例设计
6.8可定制软件处理器的一个实例
6.9重构
6.9.1重构的开销分析
6.9.2平衡分析:重构的并行性
6.10总结
6.11习题
第7章应用研究
7.1引言
7.2SoC设计方法
7.3应用研究:AES
7.3.1AES:算法及需求
7.3.2AES:设计和评估
7.4应用研究:三维图形处理器
7.4.1分析:处理
7.4.2分析:互联
7.4.3原型技术
7.5应用研究:图像压缩
7.5.1JPEG压缩
7.5.2实例:数字静态相机中的JPEG系统
7.6应用研究:视频压缩
7.6.1MPEG和H.26X视频压缩:需求
7.6.2H.264加速:设计
7.7未来的应用研究
7.7.1MP3音频解码
7.7.2IEEE 802.16软件定义无线电
7.8总结
7.9习题
第8章展望:未来的挑战
8.1引言
8.2未来的系统:全自治片上系统
8.2.1概述
8.2.2技术
8.2.3功耗
8.2.4全自治片上系统的外形
8.2.5计算机模型和存储
8.2.6RF和激光通信
8.2.7传感
8.2.8动力、飞行及果蝇
8.3未来的设计流程:自我优化和自我验证
8.3.1动机
8.3.2概述
8.3.3部署前
8.3.4部署后
8.3.5规划和挑战
8.4总结
附录处理器评估工具
参考文献

作者简介

本书由计算机工程领域资深学者编著,涵盖了计算机系统/SoC设计的许多重要研究内容,着眼于以系统为中心的设计空间理念,从基本概念和分析技术着手,对各种应用和架构设计、开发予以重点阐述。书中除了讲解计算机体系结构中处理器、内存、互联等要素外,重点介绍了系统的定制化设计技术与可重构性设计技术,更关注系统级开发时关于面积、速度、功耗和可配置性等权衡技术发展,并指出计算机系统/SoC设计面临的挑战。
本书不仅可供计算机系统设计专业人员、SoC设计师及计算机学者阅读,也可作为计算机科学、计算机工程及电子工程等专业研究生的参考书。


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