本书采取理论与实践一体化教学模式即，既知“其一”还要知“其二”，也就说既要考虑软件工具命令属性讲解，也要融合实例运用操作，达到两者有机融合。但现在有些网页设计制作方面的教材，定位过泛，在广度和深度上把握不是太好，有的书全部以“实例”方式进行编写，对有一定网页设计基础的人来说，易学或许会有提高，但对于一个初学者来说，如果只学习这个例子的操作，换一个例子恐怕就不会帮相关的命令操作了。本书定位为针对文科
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内容简介
本书是一本以产教融合思想为指引，面向处理器与系统芯片设计人才培养的新型教材，主要分为基础和实验两部分。基础部分侧重于基于开源指令架构RISC-V并结合阿里平头哥半导体公司的玄铁C910等先进处理器案例讲授计算机体系结构的基本原理。RISC-V架构的开放性与良好生态为理论知识的教学提供了更好的蓝本，通过剖析业界先进的RISC-V处理器也使理论知识能够更好地联系具体应用。实验部分详细介绍基于RISC-V开源项目开发的系列实验，包括编译与仿真工具链实验、体系结构探索实验、SoC设计实验等内容，充分利用了平头哥XuanTie处理器、Wujian100 SoC平台等工业级的开发资源，使学生可以切实感受体系结构知识的实践运用和完整的软硬件开发流程。
章节目录
- 第1章计算机体系结构简介
- 1.1 计算机的历史、现状和未来
- 1.1.1 计算机的历史回顾
- 1.1.2 计算机的发展现状
- 1.1.3 计算机的未来趋势
- 1.2 计算机体系结构的定义
- 1.2.1 ISA
- 1.2.2 微架构
- 1.2.3 硬件实现
- 1.3 主流ISA 介绍
- 1.3.1 ISA 的诞生
- 1.3.2 CISC 架构指令集
- 1.3.3 RISC 架构指令集
- 1.4 案例学习：平头哥玄铁C910 处理器介绍
- 1.4.1 平头哥半导体公司介绍
- 1.4.2 玄铁C910 简介
- 1.4.3 玄铁C910 的处理器微架构
- 1.4.4 玄铁C910 的工作模式
- 1.5 本章小结
- 第2章指令集基本原理
- 2.1 指令集的发展历史与分类
- 2.1.1 CISC 和RISC 之争
- 2.1.2 指令集的分类
- 2.2 指令寻址模式
- 2.2.1 指令的组成
- 2.2.2 常见的指令寻址模式
- 2.3 数据类型与指令操作
- 2.3.1 RISC-V 指令集的数据类型
- 2.3.2 指令操作分类
- 2.3.3 控制流指令
- 2.4 指令集编码
- 2.4.1 可变长度编码与固定长度编码
- 2.4.2 操作码的编码
- 2.4.3 RISC-V 的指令编码
- 2.5 特权等级与CSR
- 2.5.1 特权等级
- 2.5.2 RISC-V 指令集的CSR
- 2.6 指令集的ABI 规定
- 2.7 案例学习：平头哥玄铁C910 处理器的自定义指令
- 2.7.1 Cache 指令子集
- 2.7.2 多核同步指令子集
- 2.7.3 算术运算指令子集
- 2.7.4 位操作指令子集
- 2.7.5 存储指令子集
- 2.8 本章小结
- 第3章处理器流水线结构
- 3.1 实现RISC 指令集的典型硬件结构
- 3.1.1 微架构与指令集的关系
- 3.1.2 RV32I 指令集的数据通路
- 3.2 基础流水线
- 3.2.1 流水线的基本概念
- 3.2.2 基础流水线的性能分析
- 3.3 流水线冲突
- 3.3.1 结构冲突
- 3.3.2 控制冲突
- 3.3.3 数据冲突
- 3.4 前馈
- 3.5 乱序执行和超标量流水线
- 3.5.1 基础流水线的性能瓶颈
- 3.5.2 多发射技术与超标量技术
- 3.5.3 乱序执行与动态调度
- 3.5.4 重排序缓冲区
- 3.5.5 寄存器重命名和Tomasulo 算法
- 3.6 分支预测
- 3.6.1 静态预测
- 3.6.2 局部预测器
- 3.6.3 相关预测器
- 3.6.4 预测跳转地址
- 3.6.5 指令复用
- 3.6.6 预测的代价
- 3.6.7 BOOM 中的分支预测器
- 3.7 指令级并行的过去与未来
- 3.8 案例学习：平头哥玄铁C910 处理器的指令级并行
- 3.9 本章小结
- 第4章计算机存储系统
- 4.1 半导体存储技术
- 4.1.1 SRAM
- 4.1.2 DRAM
- 4.1.3 flash
- 4.1.4 RRAM
- 4.1.5 存储技术在计算机中的应用
- 4.2 虚拟存储
- 4.2.1 虚拟存储的工作原理
- 4.2.2 保护进程
- 4.2.3 页式虚拟存储可能的结构
- 4.3 处理器与内存的速度差距：内存墙
- 4.4 缓存
- 4.4.1 缓存的概念
- 4.4.2 缓存的基本性质
- 4.5 缓存结构示例
- 4.6 缓存的性能和基本优化手段
- 4.7 多核处理器中的缓存一致性
- 4.7.1 缓存一致性协议的分类和比较
- 4.7.2 MSI 一致性协议
- 4.8 案例学习：平头哥玄铁C910 处理器的存储系统
- 4.8.1 平头哥玄铁C910 的缓存层次
- 4.8.2 平头哥玄铁C910 的缓存优化手段
- 4.8.3 平头哥玄铁C910 的虚拟内存系统
- 4.9 本章小结
- 第5章计算机I/O 系统
- 5.1 I/O 概述
- 5.1.1 I/O 设备
- 5.1.2 I/O 接口和I/O 总线
- 5.2 I/O 设备与主机间的通信
- 5.2.1 处理器查询方式
- 5.2.2 中断方式
- 5.2.3 DMA 方式
- 5.3 常见的I/O 总线
- 5.3.1 PCI、PCI-x、PCI-e
- 5.3.2 SCSI、SAS、iSCSI
- 5.3.3 ATA、SATA
- 5.4 磁盘的基本原理
- 5.4.1 磁盘的经典结构
- 5.4.2 磁盘的演化
- 5.4.3 磁盘阵列
- 5.5 排队论简介
- 5.5.1 队列系统的简单抽象
- 5.5.2 队列系统的表示——Kendall 表示法
- 5.5.3 Little 定理
- 5.5.4 用排队论评估简单的I/O 系统
- 5.6 案例学习：wujian100 的USI 模块
- 5.6.1 UART
- 5.6.2 SPI
- 5.6.3 I2C
- 5.7 本章小结
- 第6章SoC 设计
- 6.1 SoC 概述
- 6.1.1 SoC 的发展历史
- 6.1.2 SoC 的基本组成
- 6.1.3 SoC 的优势
- 6.1.4 SoC 面临的挑战
- 6.2 系统总线
- 6.2.1 总线概述
- 6.2.2 AMBA 总线
- 6.3 SoC 软硬件协同开发
- 6.3.1 SoC 的软件环境
- 6.3.2 SoC 的软硬件协同设计
- 6.4 案例学习：wujian100 SoC 平台
- 6.5 本章小结
- 第7章嵌入式操作系统
- 7.1 操作系统简介
- 7.1.1 操作系统的基本概念
- 7.1.2 操作系统的发展历史
- 7.1.3 嵌入式操作系统的主要特点
- 7.2 进程与进程保护
- 7.2.1 进程的基本概念
- 7.2.2 进程保护
- 7.3 进程调度
- 7.3.1 单处理器进程调度
- 7.3.2 实时进程调度
- 7.4 文件管理
- 7.4.1 文件系统
- 7.4.2 目录
- 7.4.3 文件
- 7.5 案例学习：在RISC-V 处理器上运行Linux 系统
- 7.5.1 GNU 和LLVM 项目
- 7.5.2 准备交叉编译环境
- 7.5.3 编译内核
- 7.5.4 根文件系统和引导程序
- 7.6 本章小结
- 第8章体系结构仿真器实验
- 8.1 RISC-V 交叉编译和仿真环境的安装与配置
- 8.1.1 实验目的
- 8.1.2 实验介绍
- 8.1.3 实验内容
- 8.2 QEMU 运行裸机程序与Linux 系统并调试
- 8.2.1 实验目的
- 8.2.2 实验介绍
- 8.2.3 实验内容
- 8.3 RISC-V 汇编程序编程
- 8.3.1 实验目的
- 8.3.2 实验介绍
- 8.3.3 实验内容
- 8.4 QEMU 上运行YOLO 算法
- 8.4.1 实验目的
- 8.4.2 实验介绍
- 8.4.3 实验内容
- 8.5 本章小结
- 第9章RTL 的SoC 平台仿真实验
- 9.1 SMART 平台基础操作
- 9.1.1 实验目的
- 9.1.2 实验介绍
- 9.1.3 实验内容
- 9.2 缓存操作
- 9.2.1 实验目的
- 9.2.2 实验介绍
- 9.2.3 实验内容
- 9.3 分支预测
- 9.3.1 实验目的
- 9.3.2 实验介绍
- 9.3.3 实验内容
- 9.4 YOLO 综合仿真
- 9.4.1 实验目的
- 9.4.2 实验介绍
- 9.4.3 实验内容
- 9.5 本章小结
- 第10章基于FPGA 的SoC 板级测试实验
- 10.1 wujian100 平台介绍和FPGA 测试
- 10.1.1 实验目的
- 10.1.2 实验介绍
- 10.1.3 实验内容
- 10.2 语音识别电子系统综合设计
- 10.2.1 实验目的
- 10.2.2 实验介绍
- 10.2.3 实验内容
- 10.3 本章小结
- 参考文献
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计算机体系结构与SoC设计（附微课视频）是2022年由人民邮电出版社出版,作者主编。
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