中央處理器(CPU)是計(jì)算機(jī)中最重要的芯片。CPU的設(shè)計(jì)和制造水平是一個(gè)國家信息技術(shù)實(shí)力的象征,產(chǎn)業(yè)生態(tài)的構(gòu)建需要培養(yǎng)更多掌握CPU技術(shù)原理的高端人才。本書基于龍芯CPU團(tuán)隊(duì)在20年間積累的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),從CPU概覽篇、CPU術(shù)語篇、CPU原理篇、CPU系統(tǒng)篇、CPU生產(chǎn)制造篇、CPU家族篇、CPU生態(tài)篇、中國CPU篇八大板塊剖析CPU,生動(dòng)有趣地講解了CPU的基礎(chǔ)概念、核心原理、生產(chǎn)制造及產(chǎn)業(yè)生態(tài),更解讀了龍芯CPU的研發(fā)歷史、核心特色和生態(tài)建設(shè)經(jīng)驗(yàn),讓讀者循序漸進(jìn)地進(jìn)入CPU的殿堂。
1.生動(dòng)有趣,循序漸進(jìn)
生動(dòng)有趣的講解方式,循序漸進(jìn)的帶領(lǐng)讀者了解龍芯CPU的研發(fā)歷史、核心特色和生態(tài)建設(shè)經(jīng)驗(yàn),從而學(xué)習(xí)CPU的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。
2.作者經(jīng)驗(yàn)豐富,參考性強(qiáng)
本書作者均為經(jīng)驗(yàn)豐富的從業(yè)人士,更有鄭緯民院士、王元卓博士等領(lǐng)域大牛作序,具有較高的參考價(jià)值。
3.有別于市面上大多數(shù)計(jì)算機(jī)書籍的科普類圖書
本書為CPU通識(shí)類書籍,與市面上大多數(shù)計(jì)算機(jī)書籍不同,不僅可供業(yè)內(nèi)人士和在校學(xué)生參考學(xué)習(xí),也適合非專業(yè)人士閱讀,幫助讀者開闊眼界、提高素養(yǎng)、培養(yǎng)大局觀,讓讀者學(xué)會(huì)以CPU思維分析問題。
靳國杰
博士后,高級(jí)工程師,F(xiàn)任龍芯中科技術(shù)股份有限公司總裁助理。曾任龍芯 Java 虛擬機(jī)團(tuán)隊(duì)、Loongnix 操作系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)、應(yīng)用生態(tài)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。業(yè)務(wù)領(lǐng)域包括龍芯系統(tǒng)軟件、龍芯信息化生態(tài)建設(shè)和市場(chǎng)推廣。發(fā)表學(xué)術(shù)論文 20 篇,龍芯軟件生態(tài)推廣文章 30 余篇,申請(qǐng)發(fā)明專利 40 項(xiàng)。
張戈
博士,教授級(jí)高工,F(xiàn)任龍芯中科技術(shù)股份有限公司副總裁,中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)體系結(jié)構(gòu)專業(yè)委員會(huì)委員。長期從事龍芯處理器的研發(fā)、管理、市場(chǎng)與產(chǎn)業(yè)化工作,曾主持核高基、國家自然科學(xué)基金、863 計(jì)劃等多個(gè)國家級(jí)課題,并獲得中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)“科技進(jìn)步獎(jiǎng)”一等獎(jiǎng)。
CPU概覽篇 時(shí)代與機(jī)遇
第 1節(jié) CPU時(shí)代
信息社會(huì)的基石:CPU
電腦之心:CPU在計(jì)算機(jī)中的地位
從大到。篊PU外觀的變化
國之重器:CPU為什么成為信息技術(shù)的焦點(diǎn)
CPU分成哪些種類?
微觀巨系統(tǒng):為什么說CPU是世界難題?
第 2節(jié) CPU性能論
CPU怎樣運(yùn)行軟件?
主頻越高,性能就越高嗎?
為什么MIPS和MFLOPS不能代表性能?
面向問題的性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):SPEC CPU
性能測(cè)試工具的局限性
不推薦的測(cè)試集:UnixBench
第3節(jié) 人人可學(xué)CPU
從簡(jiǎn)單到復(fù)雜:CPU的進(jìn)化
CPU技術(shù)在計(jì)算機(jī)科學(xué)中的地位
我不需要做CPU,為什么還要學(xué)習(xí)CPU?
開源CPU哪里找?
CPU術(shù)語篇 入門術(shù)語應(yīng)知應(yīng)會(huì)
第 1節(jié) 計(jì)算機(jī)的語言:指令集
軟件編碼規(guī)范:什么是指令集?
什么是指令集的兼容性?
為什么指令集要向下兼容?
為什么說指令集可以控制生態(tài)?
自己能做指令集嗎?
第 2節(jié) 繁簡(jiǎn)之爭(zhēng):精簡(jiǎn)指令集
CISC和RISC區(qū)別有多大?
CISC和RISC的融合
高端CPU指令集包含什么內(nèi)容?
第3節(jié) 第 一次抽象:匯編語言
硬件的語言:匯編語言
為什么現(xiàn)在很少使用匯編語言了?
匯編語言會(huì)消亡嗎?
第4節(jié) 做CPU就是做微結(jié)構(gòu)
CPU的電路設(shè)計(jì):微結(jié)構(gòu)
可售賣的設(shè)計(jì)成果:IP核
IP核的“軟”和“硬”
攢芯片:SoC
像DIY計(jì)算機(jī)一樣“攢CPU”
第5節(jié) 解讀功耗
什么是功耗?
有哪些降低功耗的方法?
第6節(jié) 摩爾定律傳奇
摩爾定律會(huì)失效嗎?
什么是Tick-Tock策略?
Tick-Tock模型的新含義:“三步走”
為什么CPU性能提升速度變慢了?
第7節(jié) 通用還是專用?
CPU和操作系統(tǒng)的關(guān)系
什么是異構(gòu)計(jì)算?
專用處理器有哪些?
通用處理器也可以差異化
第8節(jié) 飄蕩的幽靈:后門和漏洞
什么是CPU的后門和漏洞?
誰造出了后門和漏洞?
典型的CPU后門和漏洞
操作系統(tǒng)怎樣給CPU打補(bǔ)丁?
在哪里可以查到CPU的最新漏洞?
怎樣減少CPU的安全隱患?
CPU原理篇 現(xiàn)代高性能CPU架構(gòu)與技術(shù)
第 1節(jié) 理論基石
CPU的3個(gè)最重要的基礎(chǔ)理論
研制CPU有哪些階段?
學(xué)習(xí)CPU原理有哪些書籍?
為什么電路設(shè)計(jì)比軟件編程更難?
第 2節(jié) EDA神器
CPU的設(shè)計(jì)工具:EDA
哪些國家能做EDA?
有沒有開源的EDA?
像寫軟件一樣設(shè)計(jì)CPU:Verilog語言
從抽象到實(shí)現(xiàn):設(shè)計(jì)CPU的兩個(gè)階段
第3節(jié) 開天辟地:二進(jìn)制
二進(jìn)制怎樣在CPU中表示?
從二進(jìn)制到十進(jìn)制:CPU中的數(shù)值
從自然數(shù)到整數(shù):巧妙的補(bǔ)碼
CPU中怎樣表示浮點(diǎn)數(shù)?
第4節(jié) CPU的天職:數(shù)值運(yùn)算
CPU怎樣執(zhí)行數(shù)值運(yùn)算?
什么是ALU?
什么是寄存器?
第5節(jié) 流水線的奧秘
什么是CPU的流水線?
流水線級(jí)數(shù)越多越好嗎?
第6節(jié) 亂序執(zhí)行并不是沒有秩序
什么是動(dòng)態(tài)流水線?
動(dòng)態(tài)流水線的經(jīng)典算法:Tomasulo
什么是亂序執(zhí)行?
亂序執(zhí)行如何利用“寄存器重命名”
處理數(shù)據(jù)相關(guān)性?
亂序執(zhí)行的典型電路結(jié)構(gòu)
亂序執(zhí)行如何處理例外?
回顧:亂序執(zhí)行的3個(gè)最重要概念
第7節(jié) 多發(fā)射和轉(zhuǎn)移猜測(cè)
什么是多發(fā)射?
什么是轉(zhuǎn)移猜測(cè)?
第8節(jié) 包納天地的內(nèi)存
CPU怎樣訪問內(nèi)存?
內(nèi)存多大才夠用?
什么是訪存指令的“尾端”?
什么是緩存?
緩存的常用結(jié)構(gòu)
什么是虛擬內(nèi)存?
第9節(jié) CPU的“外交”
什么是CPU特權(quán)級(jí)?
中斷和例外有什么不同?
CPU怎樣做I/O?
高效的外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制:DMA
CPU系統(tǒng)篇 由CPU組成完整計(jì)算機(jī)
第 1節(jié) 操作系統(tǒng)和應(yīng)用的橋梁
什么是系統(tǒng)調(diào)用?
應(yīng)用程序怎樣執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用指令?
第 2節(jié) 專用指令發(fā)揮大作用
什么是向量指令?
CPU怎樣執(zhí)行加密、解密?
第3節(jié) 虛擬化:邏輯還是物理?
什么是虛擬化?
什么是硬件虛擬化?
第4節(jié) 可以信賴的計(jì)算
CPU怎樣支持可信計(jì)算?
可信模塊怎樣集成到CPU中?
第5節(jié) 從一個(gè)到多個(gè):并行
人多力量大:多核
不止一個(gè)芯片:多路
流水線和線程的結(jié)合:硬件多線程
用于衡量并行加速比的Amdahl定律
第6節(jié) 并行計(jì)算機(jī)的內(nèi)存
并行計(jì)算機(jī)的內(nèi)存結(jié)構(gòu):SMP和NUMA
并行計(jì)算機(jī)的Cache同步
并行計(jì)算機(jī)的Cache一致性
什么是原子指令?
第7節(jié) 集大成:從CPU到計(jì)算機(jī)
總線:計(jì)算機(jī)的神經(jīng)系統(tǒng)
從CPU到計(jì)算機(jī):主板
CPU運(yùn)行的第 一個(gè)程序:BIOS固件
協(xié)同工作:在WPS中敲一下按鍵,計(jì)算機(jī)里發(fā)生了什么?
計(jì)算機(jī)為什么會(huì)死機(jī)?
CPU生產(chǎn)制造篇 從電路設(shè)計(jì)到硅晶片的實(shí)現(xiàn)
第 1節(jié) 化設(shè)計(jì)為實(shí)物
CPU是誰生產(chǎn)出來的?
CPU設(shè)計(jì)者為什么要“上知天文、下知地理”? 205
什么是CPU的納米工藝?
第 2節(jié) 硅晶片的由來
為什么要把硅作為生產(chǎn)芯片的首選材料?
CPU的完整生產(chǎn)流程
生產(chǎn)芯片的3種基本手法
第3節(jié) 模擬元器件
基本電路元件:電阻、電容、電感
模擬電路的“單向開關(guān)”:二極管
模擬電路的“水龍頭”:場(chǎng)效應(yīng)管
模擬電路器件集大成者
第4節(jié) 數(shù)字元器件
數(shù)字電路的基本單元:CMOS反相器
數(shù)字電路器件集大成者
電路的基本單元:少而精
第5節(jié) 交付工廠
版圖是什么樣的?
CPU的制造設(shè)備從哪里來?
CPU代工和封測(cè)廠商有哪些?
CPU的成本怎么算?
第6節(jié) 怎樣省錢做芯片?
不用流片也可以做CPU:FPGA
使用純軟件的方法做CPU:模擬器
第7節(jié) 明天的芯片
先進(jìn)的制造工藝:SOI和FinFET
“后FinFET時(shí)代”何去何從?
CPU家族篇 經(jīng)典CPU企業(yè)和型號(hào)
第 1節(jié) 從上古到戰(zhàn)國
上古時(shí)代:有實(shí)無名的CPU
上古時(shí)代CPU什么樣?
戰(zhàn)國時(shí)代:百花齊放的商用CPU廠商
第 2節(jié) 巨頭尋蹤
大一統(tǒng)時(shí)代:Intel的發(fā)家史
AMD拿什么和Intel抗衡?
第二套生態(tài):ARM崛起
蘋果公司的CPU硬實(shí)力
百年巨人:IBM的Power處理器
第3節(jié) 小而堅(jiān)強(qiáng)
教科書的殿堂:MIPS
RISC-V能否成為明日之星?
第4節(jié) 世界邊緣
日本如何失去CPU主導(dǎo)權(quán)?
歐洲重振處理器計(jì)劃
韓國的CPU身影
CPU生態(tài)篇 解密軟件生態(tài)
第 1節(jié) 生態(tài)之重
CPU廠商為什么要重視生態(tài)?
Inside和Outside:CPU公司的兩個(gè)使命
CPU和應(yīng)用軟件之間的接口
軟件生態(tài)的典型架構(gòu)
第 2節(jié) 開發(fā)者的號(hào)角
生態(tài)先鋒:軟件開發(fā)者
操作系統(tǒng)是怎樣“做”出來的?
虛擬機(jī):沒有CPU實(shí)體的生態(tài)
第3節(jié) 解決方案如何為王
生態(tài)的話語權(quán):解決方案為王
計(jì)算機(jī)CPU賺錢,手機(jī)CPU不賺錢?
中國IT產(chǎn)業(yè)的根本出路:建自己的生態(tài)體系
第4節(jié) 生態(tài)的優(yōu)點(diǎn)
優(yōu)秀生態(tài)的3個(gè)原則:開放、兼容、優(yōu)化
優(yōu)秀生態(tài)的范例:Windows-Intel、
Android-ARM、蘋果
松散型的生態(tài):Linux
第5節(jié) 生態(tài)的方向
生態(tài)的外沿:不止于解決方案
CPU廠商:不同的營利模式
應(yīng)用商店:生態(tài)成果陣地
生態(tài)無難事,只要肯登攀
中國CPU篇 “技術(shù)—市場(chǎng)—技術(shù)”的歷史循環(huán)
第 1節(jié) CPU舊事
為什么要做CPU?
發(fā)展CPU技術(shù)的兩條路線
我國計(jì)算機(jī)事業(yè)的3個(gè)發(fā)展階段
缺芯少魂:中國IT之痛
第 2節(jié) 龍的聲音
龍芯極簡(jiǎn)史
龍芯主要型號(hào)
龍芯曾經(jīng)的“世界先進(jìn)水平”
從學(xué)院派到做產(chǎn)品
龍芯性能有多高?
第3節(jié) 龍之生態(tài)
核心技術(shù)只能在試錯(cuò)中發(fā)展
龍芯指令集
社區(qū)版操作系統(tǒng):支撐軟件生態(tài)
龍芯“內(nèi)生安全”特色
在試錯(cuò)中趨于成熟
第4節(jié) 未來已來
“泛生態(tài)”體系正在形成
從零開始造計(jì)算機(jī):龍芯教育理念
多種路線的中國CPU企業(yè)
未來已來:龍芯生態(tài)發(fā)展方向