大话处理器

作品简介

处理器是IT、通信、电子产业的基石，没有处理器，信息产业大厦就如同建立在沙滩之上。《大话处理器》是一本图文并茂、生动幽默的处理器科普读本，全书行文风趣幽默，用类比来解释晦涩的技术，用图画来代替枯燥的文字。本着科技以人为本的理念，除了技术外，还介绍了大量人物和公司的故事，供大家闲读。《大话处理器》的主要读者是IT、通信、电子、半导体行业的从业人员以及学生。喜欢技术的看技术，不喜欢技术的看故事。

万木杨，网名木兮清扬，华为公司服务近6年，曾任软件工程师、算法工程师、系统工程师，擅长多媒体算法设计和编写高效代码。自2004年起开始研究多媒体算法，从语音识别，到人脸动画，再到视频编解码，足迹遍布语音、图像、视频、3D。自2006年在DSP上编写程序，从此开始深入研究处理器内部结构，后来接触过大量的半导体公司和处理器芯片，对处理器技术和产品有着深刻的理解。

作品目录

• 序一 寻宝处理器的引人入胜之旅
• 序二
• 序三 处理器——半导体巅峰，纵横四十年
• 前言
• 第1章 漫游计算机世界
• 1.1 计算机的前世、今生、来世
• 1.1.1 计算机的诞生
• 1.1.2 从军用到民用——飞入寻常百姓家
• 1.1.3 个人计算机时代——英雄辈出的时代
• 1.1.4 手机——装在口袋的计算机
• 1.1.5 无处不在的计算机
• 1.1.6 计算机的来世
• 1.2 计算机分门别类
• 1.3 PC机结构探秘
• 1.3.1 处理器——一颗奔腾的心
• 1.3.2 存储器——大肚能容，容天下难容之事
• 1.3.3 主板与芯片组——架起沟通的桥梁
• 1.3.4 输入设备——五觉
• 1.3.5 显示设备——脸面
• 1.3.6 显卡——我贵，因为我专业
• 1.3.7 通信接口——关节
• 1.3.8 软件——计算机的灵魂
• 1.3.9 计算机产业发展态势
• 第2章 初识处理器——掀起你的盖头来
• 2.1 处理器是怎样工作的——处理器的硬件模型
• 2.1.1 硬连线电路——一定终身
• 2.1.2 通用计算机模型——硬件搭台，软件唱戏
• 2.2 怎样来使用处理器——处理器的编程模型
• 2.2.1 软硬不分
• 2.2.2 ISA横插一刀
• 2.3 处理器的分层模型
• 2.4 选什么样的处理器——适合的才是最好的
• 2.4.1 硬件指标——硬实力的竞争
• 2.4.2 软件指标——软实力的竞争
• 2.4.3 商业指标——在商言商
• 第3章 指令集体系结构——处理器的外表
• 3.1 指令集是什么
• 3.1.1 从处理器编程模型谈起——一切从模型开始
• 3.1.2 计算机语言——人与计算机沟通的桥梁
• 3.2 指令集发展的来龙去脉
• 3.2.1 CISC时代——粗放式扩张
• 3.2.2 RISC时代——优化配置资源，合理提升效率
• 3.2.3 后RISC时代——不管黑猫白猫，抓到老鼠就是好猫
• 3.3 指令集的五朵金花
• 3.3.1 x86——硕大的大象
• 3.3.2 ARM——稳扎稳打的蚁群
• 3.3.3 MIPS——优雅的孔雀
• 3.3.4 Power——昔日的贵族
• 3.3.5 C6000——偏安一隅的独立王国
• 3.3.6 至今仍在服役的元老们
• 3.4 地盘之争
• 3.4.1 地盘划分
• 3.4.2 x86、ARM之战
• 3.4.3 ARM、MIPS之战
• 3.5 汇编语言格式——没有规矩不成方圆
• 3.5.1 机器字长
• 3.5.2 操作数个数
• 3.5.3 操作数顺序
• 3.5.4 大小端——小问题，大折腾
• 3.5.5 指令类型——我们需要哪些指令
• 3.5.6 寻址方式——千万里，我追寻着你
• 3.5.7 总结
• 第4章 微架构——处理器的内心世界
• 4.1 跟着顺溜学流水线
• 4.1.1 顺溜的2级流水线
• 4.1.2 顺溜流水线的深入分析
• 4.2 从子弹射击到指令执行
• 4.2.1 最简单的3级流水线
• 4.2.2 史上最经典的5级流水线
• 4.2.3 DSP更深的流水线
• 4.2.4 流水线上的冒险——免不了磕磕绊绊
• 4.2.5 分支预测——以古为镜，可以知兴替
• 4.3 从顺序执行到乱序执行——因时制宜
• 4.3.1 乱序的概念
• 4.3.2 指令的相关
• 4.3.3 去除指令的相关性
• 4.3.4 处理器的乱序执行
• 4.4 处理器并行设计——并行，提高性能的不二法门
• 4.5 指令并行（Instruction Level Parallelism）
• 4.5.1 指令并行的“绿营”和“蓝营”
• 4.5.2 Superscalar处理器实例——Intel P4 CPU
• 4.5.3 VLIW处理器实例——TI C6000 DSP
• 4.5.4 Superscalar和VLIW总结
• 4.6 数据并行（Data Level Parallelism）
• 4.6.1 何为SIMD、MMX、SSE
• 4.6.2 几种不同形式的SSE指令
• 4.7 线程并行（Thread Level Parallelism）
• 4.7.1 多线程——时分复用
• 4.7.2 硬件多线程——让我来帮你一把
• 4.7.3 多核——从“芯”到“蕊”的跳变
• 4.7.4 各种硬件多线程对比
• 4.8 并行总结
• 4.9 微架构总结
• 4.9.1 处理器性能公式
• 4.9.2 通过微架构的改进提高程序执行效率
• 4.9.3 商用处理器微架构的选择
• 第5章 Cache——处理器的“肚量”
• 5.1 什么是Cache——探索既熟悉又陌生的领域
• 5.1.1 随处可见的Cache——技术来源于生活
• 5.1.2 处理器的Cache——一切都是收益和成本的权衡
• 5.2 处理器的Cache结构——探索那些鲜为人知的秘密
• 5.2.1 Cache的层次——层次化管理
• 5.2.2 Cache的工作方式——丘比特之剑，命中与未命中
• 5.2.3 Cache的映射方式——多对一的策略
• 5.2.4 Cache的写方式——你不需要知道真相
• 5.3 Cache一致性
• 5.3.1 一致性问题的产生——信息不对称导致的问题
• 5.3.2 Cache一致性的底层操作
• 5.3.3 Cache一致性协议
• 5.4 片内可寻址存储器——软件管理的Cache
• 第6章 编写高效代码——时间就是生命
• 6.1 软件效率——21世纪什么最重要？效率！
• 6.1.1 高效代码的意义——时间就是生命，时间就是金钱
• 6.1.2 代码剖析——没有调查，就没有发言权
• 6.2 减少指令数——勤俭持家
• 6.2.1 使用更快的算法——算法，程序设计的灵魂
• 6.2.2 选用合适的指令——合适的人做合适的事
• 6.2.3 降低数据精度——比特也要省着用
• 6.2.4 减少函数调用——不要老打断我
• 6.2.5 空间换时间——我们总是在走，却忘了停留
• 6.2.6 减少过保护——打不破的部门墙
• 6.3 减少处理器不擅长的操作——不要逼我做我不喜欢的事情
• 6.3.1 少用乘法
• 6.3.2 少用除法、求余
• 6.3.3 在精度允许的条件下，将浮点数定点化
• 6.3.4 尽量减少分支
• 6.3.5 将最可能进入的分支放在if中，而不是else中
• 6.4 优化内存访问——别让包袱拖垮了你
• 6.4.1 少使用数组，少使用指针
• 6.4.2 少用全局变量
• 6.4.3 一次多访问一些数据
• 6.4.4 数据对齐访问
• 6.4.5 大数据结构时的Cache line对齐
• 6.4.6 程序、数据访问符合Cache的时间、空间局部性
• 6.4.7 多线程编程时，避免false sharing
• 6.4.8 自己管理内存动态分配
• 6.4.9 隐藏数据搬移时间
• 6.5 充分利用编译器进行优化——编译器：我才是优化第一高手
• 6.5.1 编译器的结构——知己知彼，百战不殆
• 6.5.2 编译器提供了几级优化选项——分级管理
• 6.5.3 编译器会计算常量
• 6.5.4 简单的表达式化简
• 6.5.5 提取公共语句
• 6.5.6 循环展开、软件流水
• 6.5.7 自动向量化
• 6.5.8 高效的数据组织
• 6.5.9 指令并行化
• 6.5.10 编译器更懂处理器——百度更懂中文
• 6.6 利用多核来加速程序——人多力量大
• 6.6.1 并行计算
• 6.6.2 OpenMP
• 第7章 SOC——吸星大法
• 7.1 SOC大一统时代
• 7.1.1 SOC和IP
• 7.1.2 SOC市场驱动力
• 7.2 IP核
• 7.2.1 CPU IP
• 7.2.2 GPU IP
• 7.2.3 DSP IP
• 7.2.4 Video Engine IP
• 7.2.5 其他IP core
• 7.2.6 总结
• 第8章 “芯”路历程——明明白白我的“芯”
• 8.1 逻辑电路基础——计算机的基本构成
• 8.1.1 模拟、数字、逻辑的关系——细微之处探真知
• 8.1.2 组合逻辑电路——万丈高楼平地起
• 8.1.3 时序逻辑电路——你在我心中留下了记忆
• 8.1.4 微电子技术——微乎微乎，至于无形
• 8.2 芯片设计——芯者，国之大事，不可不察也
• 8.2.1 人类是怎么管理复杂事物的
• 8.2.2 芯片设计流程
• 8.2.3 硬件描述语言——软硬不分
• 8.2.4 逻辑综合
• 8.2.5 硬件描述语言与软件描述语言的差别
• 8.2.6 物理设计
• 8.3 芯片制造——点沙成金
• 8.3.1 探索微观世界
• 8.3.2 芯片制造流程
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