《CPU通識課》是2022年人民郵電出版社出版的圖書。
基本介紹
- 中文名：CPU通識課
- 作者：靳國傑、張戈
- 出版時間：2022年4月1日
- 出版社：人民郵電出版社
- ISBN：9787115576378
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
中央處理器（CPU）是計算機中最重要的晶片。CPU的設計和製造水平是一個國家信息技術實力的象徵，產業生態的構建需要培養更多掌握CPU技術原理的高端人才。本書基於龍芯CPU團隊在20年間積累的技術和經驗，從CPU概覽篇、CPU術語篇、CPU原理篇、CPU系統篇、CPU生產製造篇、CPU家族篇、CPU生態篇、中國CPU篇八大板塊剖析CPU，生動有趣地講解了CPU的基礎概念、核心原理、生產製造及產業生態，更解讀了龍芯CPU的研發歷史、核心特色和生態建設經驗，讓讀者循序漸進地進入CPU的殿堂。
圖書目錄
CPU概覽篇 時代與機遇
第 1節 CPU時代
信息社會的基石：CPU
電腦之心：CPU在計算機中的地位
從大到小：CPU外觀的變化
國之重器：CPU為什麼成為信息技術的焦點
CPU分成哪些種類？
微觀巨系統：為什麼說CPU是世界難題？
第 2節 CPU性能論
CPU怎樣運行軟體？
主頻越高，性能就越高嗎？
為什麼MIPS和MFLOPS不能代表性能？
面向問題的性能評價標準：SPEC CPU
性能測試工具的局限性
不推薦的測試集：UnixBench
第3節 人人可學CPU
從簡單到複雜：CPU的進化
CPU技術在計算機科學中的地位
我不需要做CPU，為什麼還要學習CPU？
開源CPU哪裡找？
CPU術語篇 入門術語應知應會
第 1節 計算機的語言：指令集
軟體編碼規範：什麼是指令集？
什麼是指令集的兼容性？
為什麼指令集要向下兼容？
為什麼說指令集可以控制生態？
自己能做指令集嗎？
第 2節 繁簡之爭：精簡指令集
CISC和RISC區別有多大？
CISC和RISC的融合
高端CPU指令集包含什麼內容？
第3節 第 一次抽象：彙編語言
硬體的語言：彙編語言
為什麼現在很少使用彙編語言了？
彙編語言會消亡嗎？
第4節 做CPU就是做微結構
CPU的電路設計：微結構
可售賣的設計成果：IP核
IP核的“軟”和“硬”
攢晶片：SoC
像DIY計算機一樣“攢CPU”
第5節 解讀功耗
什麼是功耗？
有哪些降低功耗的方法？
第6節 摩爾定律傳奇
摩爾定律會失效嗎？
什麼是Tick-Tock策略？
Tick-Tock模型的新含義：“三步走”
為什麼CPU性能提升速度變慢了？
第7節 通用還是專用？
CPU和作業系統的關係
什麼是異構計算？
專用處理器有哪些？
通用處理器也可以差異化
第8節 飄蕩的幽靈：後門和漏洞
什麼是CPU的後門和漏洞？
誰造出了後門和漏洞？
典型的CPU後門和漏洞
作業系統怎樣給CPU打補丁？
在哪裡可以查到CPU的最新漏洞？
怎樣減少CPU的安全隱患？
CPU原理篇 現代高性能CPU架構與技術
第 1節 理論基石
CPU的3個最重要的基礎理論
研製CPU有哪些階段？
學習CPU原理有哪些書籍？
為什麼電路設計比軟體編程更難？
第 2節 EDA神器
CPU的設計工具：EDA
哪些國家能做EDA？
有沒有開源的EDA？
像寫軟體一樣設計CPU：Verilog語言
從抽象到實現：設計CPU的兩個階段
第3節 開天闢地：二進制
二進制怎樣在CPU中表示？
從二進制到十進制：CPU中的數值
從自然數到整數：巧妙的補碼
CPU中怎樣表示浮點數？
第4節 CPU的天職：數值運算
CPU怎樣執行數值運算？
什麼是ALU？
什麼是暫存器？
第5節 流水線的奧秘
什麼是CPU的流水線？
流水線級數越多越好嗎？
第6節 亂序執行並不是沒有秩序
什麼是動態流水線？
動態流水線的經典算法：Tomasulo
什麼是亂序執行？
亂序執行如何利用“暫存器重命名”
處理數據相關性？
亂序執行的典型電路結構
亂序執行如何處理例外？
回顧：亂序執行的3個最重要概念
第7節 多發射和轉移猜測
什麼是多發射？
什麼是轉移猜測？
第8節 包納天地的記憶體
CPU怎樣訪問記憶體？
記憶體多大才夠用？
什麼是訪存指令的“尾端”？
什麼是快取？
快取的常用結構
什麼是虛擬記憶體？
第9節 CPU的“外交”
什麼是CPU特權級？
中斷和例外有什麼不同？
CPU怎樣做I/O？
高效的外設數據傳輸機制：DMA
CPU系統篇 由CPU組成完整計算機
第 1節 作業系統和套用的橋樑
什麼是系統調用？
應用程式怎樣執行系統調用指令？
第 2節 專用指令發揮大作用
什麼是向量指令？
CPU怎樣執行加密、解密？
第3節 虛擬化：邏輯還是物理？
什麼是虛擬化？
什麼是硬體虛擬化？
第4節 可以信賴的計算
CPU怎樣支持可信計算？
可信模組怎樣集成到CPU中？
第5節 從一個到多個：並行
人多力量大：多核
不止一個晶片：多路
流水線和執行緒的結合：硬體多執行緒
用於衡量並行加速比的Amdahl定律
第6節 並行計算機的記憶體
並行計算機的記憶體結構：SMP和NUMA
並行計算機的Cache同步
並行計算機的Cache一致性
什麼是原子指令？
第7節 集大成：從CPU到計算機
匯流排：計算機的神經系統
從CPU到計算機：主機板
CPU運行的第 一個程式：BIOS固件
協同工作：在WPS中敲一下按鍵，計算機里發生了什麼？
計算機為什麼會當機？
CPU生產製造篇 從電路設計到矽晶片的實現
第 1節 化設計為實物
CPU是誰生產出來的？
CPU設計者為什麼要“上知天文、下知地理”？ 205
什麼是CPU的納米工藝？
第 2節 矽晶片的由來
為什麼要把矽作為生產晶片的首選材料？
CPU的完整生產流程
生產晶片的3種基本手法
第3節 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”：二極體
模擬電路的“水龍頭”：場效應管
模擬電路器件集大成者
第4節 數字元器件
數字電路的基本單元：CMOS反相器
數字電路器件集大成者
電路的基本單元：少而精
第5節 交付工廠
版圖是什麼樣的？
CPU的製造設備從哪裡來？
CPU代工和封測廠商有哪些？
CPU的成本怎么算？
第6節 怎樣省錢做晶片？
不用流片也可以做CPU：FPGA
使用純軟體的方法做CPU：模擬器
第7節 明天的晶片
先進的製造工藝：SOI和FinFET
“後FinFET時代”何去何從？
CPU家族篇 經典CPU企業和型號
第 1節 從上古到戰國
上古時代：有實無名的CPU
上古時代CPU什麼樣？
戰國時代：百花齊放的商用CPU廠商
第 2節 巨頭尋蹤
大一統時代：Intel的發家史
AMD拿什麼和Intel抗衡？
第二套生態：ARM崛起
蘋果公司的CPU硬實力
百年巨人：IBM的Power處理器
第3節 小而堅強
教科書的殿堂：MIPS
RISC-V能否成為明日之星？
第4節 世界邊緣
日本如何失去CPU主導權？
歐洲重振處理器計畫
韓國的CPU身影
CPU生態篇 解密軟體生態
第 1節 生態之重
CPU廠商為什麼要重視生態？
Inside和Outside：CPU公司的兩個使命
CPU和套用軟體之間的接口
軟體生態的典型架構
第 2節 開發者的號角
生態先鋒：軟體開發者
作業系統是怎樣“做”出來的？
虛擬機：沒有CPU實體的生態
第3節 解決方案如何為王
生態的話語權：解決方案為王
計算機CPU賺錢，手機CPU不賺錢？
中國IT產業的根本出路：建自己的生態體系
第4節 生態的優點
優秀生態的3個原則：開放、兼容、最佳化
優秀生態的範例：Windows-Intel、
Android-ARM、蘋果
鬆散型的生態：Linux
第5節 生態的方向
生態的外沿：不止於解決方案
CPU廠商：不同的營利模式
套用商店：生態成果陣地
生態無難事，只要肯登攀
中國CPU篇 “技術—市場—技術”的歷史循環
第 1節 CPU舊事
為什麼要做CPU？
發展CPU技術的兩條路線
我國計算機事業的3個發展階段
缺芯少魂：中國IT之痛
第 2節 龍的聲音
龍芯極簡史
龍芯主要型號
龍芯曾經的“世界先進水平”
從學院派到做產品
龍芯性能有多高？
第3節 龍之生態
核心技術只能在試錯中發展
龍芯指令集
社區版作業系統：支撐軟體生態
龍芯“內生安全”特色
在試錯中趨於成熟
第4節 未來已來
“泛生態”體系正在形成
從零開始造計算機：龍芯教育理念
多種路線的中國CPU企業
未來已來：龍芯生態發展方向
