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高功能计算机系统架构设计作业指导书

TOC\o1-2\h\u24376第一章绪论 2

222541.1高功能计算机系统概述 2

278821.2系统架构设计的重要性 3

7178第二章处理器架构设计 3

169332.1处理器基本结构 3

249172.2多核处理器设计 4

29282.3处理器功能优化策略 4

395第三章存储系统设计 4

244873.1存储层次结构 4

273873.1.1缓存层（Cache） 5

253963.1.2主存储器层（MainMemory） 5

190343.1.3辅助存储器层（AuxiliaryStorage） 5

25953.2存储器功能优化 5

320053.2.1缓存优化 5

61053.2.2数据布局优化 5

36813.2.3存储系统并行化 5

126553.3存储器能耗管理 6

248973.3.1动态电压与频率调整（DVFS） 6

163893.3.2存储器休眠与唤醒 6

280273.3.3存储器分区与数据迁移 6

26953.3.4存储器压缩与去重 6

31498第四章总线与通信系统设计 6

273204.1总线系统概述 6

203474.2高速总线设计 6

244504.3通信协议与功能优化 7

10093第五章高速缓存设计 8

38045.1缓存基本原理 8

259675.2缓存结构设计 8

71085.3缓存功能优化 8

26762第六章并行计算与分布式系统设计 9

64296.1并行计算基本概念 9

205186.2分布式系统架构 9

267406.3并行计算功能优化 10

24636第七章虚拟化技术 10

30667.1虚拟化基本原理 10

40797.1.1虚拟化的概念 11

279537.1.2虚拟化技术的发展 11

240607.1.3虚拟化技术的核心原理 11

261407.2虚拟机监控器设计 11

86127.2.1虚拟机监控器概述 11

23047.2.2虚拟机监控器的设计目标 11

10267.2.3虚拟机监控器的设计方法 11

171277.3虚拟化功能优化 12

278797.3.1虚拟化功能影响因素 12

60257.3.2虚拟化功能优化策略 12

183507.3.3虚拟化功能评估 12

26960第八章能耗管理 12

265408.1能耗管理概述 12

57648.2动态电压与频率调整 12

207758.3能耗优化策略 13

15598第九章可靠性与容错设计 13

48569.1可靠性与容错基本概念 13

162389.1.1可靠性定义 13

323229.1.2容错定义 14

177479.1.3可靠性与容错的关系 14

135439.2容错机制设计 14

270089.2.1故障分类 14

32379.2.2容错机制设计原则 14

162849.2.3常见容错机制 14

296849.3可靠性优化策略 14

184019.3.1硬件可靠性优化策略 14

120769.3.2软件可靠性优化策略 15

282319.3.3系统级可靠性优化策略 15

14197第十章未来发展趋势与展望 15

2255510.1高功能计算机系统发展趋势 15

474710.2面向特定应用的高功能计算机系统设计 15

698110.3高功能计算机系统在我国的研发与应用前景 16

第一章绪论

1.1高功能计算机系统概述

高功能计算机系统，简称高功能计算系统，是指具有强大计算能力、高速度、高可靠性和高可扩展性的计算机系统。这类系统主要用于解决大规模科学计算、工程模拟、数据分析等复杂问题，是现代科学技术发展的重要支撑。高功能计算机系统具有以下特点：

（1）高计算能力：高功能计算机系统能够在短时间内完成大量计算任务，为科学研究、工程设计等领域提供快速、准确的计算结果。

（2）高速度：高功能计算机系统具备高速数据处理和传输能力，以满足大规模数据计算的需求。

（3）高可靠性：高功能计算机系统在长时间运行过程中，能够保持稳定、可靠的功能，保证计算结果的准确性。

（4）高可扩展性：高功能计算机系统可以灵活地扩展计算资源，适应不