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第1章 漫游计算机世界1

1.1计算机的前世、今生、来世3

1.1.1计算机的诞生3

1.1.2从军用到民用——飞入寻常百姓家12

1.1.3个人计算机时代——英雄辈出的时代15

1.1.4手机——装在口袋的计算机25

1.1.5无处不在的计算机31

1.1.6计算机的来世31

1.2计算机分门别类33

1.3 PC机结构探秘34

1.3.1处理器——一颗奔腾的心34

1.3.2存储器——大肚能容，容天下难容之事36

1.3.3主板与芯片组——架起沟通的桥梁38

1.3.4输入设备——五觉39

1.3.5显示设备——脸面42

1.3.6显卡——我贵，因为我专业47

1.3.7通信接口——关节47

1.3.8软件——计算机的灵魂49

1.3.9计算机产业发展态势50

第2章 初识处理器——掀起你的盖头来53

2.1处理器是怎样工作的——处理器的硬件模型55

2.1.1硬连线电路——一定终身55

2.1.2通用计算机模型——硬件搭台，软件唱戏56

2.2怎样来使用处理器——处理器的编程模型57

2.2.1软硬不分57

2.2.2 ISA横插一刀57

2.3处理器的分层模型58

2.4选什么样的处理器——适合的才是最好的59

2.4.1硬件指标——硬实力的竞争59

2.4.2软件指标——软实力的竞争62

2.4.3商业指标——在商言商63

第3章 指令集体系结构——处理器的外表65

3.1指令集是什么67

3.1.1从处理器编程模型谈起——一切从模型开始67

3.1.2计算机语言——人与计算机沟通的桥梁68

3.2指令集发展的来龙去脉69

3.2.1 CISC时代——粗放式扩张69

3.2.2 RISC时代——优化配置资源，合理提升效率70

3.2.3后RISC时代——不管黑猫白猫，抓到老鼠就是好猫71

3.3指令集的五朵金花73

3.3.1 x86——硕大的大象73

3.3.2 ARM——稳扎稳打的蚁群74

3.3.3 MIPS——优雅的孔雀75

3.3.4 Power——昔日的贵族76

3.3.5 C6000——偏安一隅的独立王国77

3.3.6至今仍在服役的元老们78

3.4地盘之争78

3.4.1地盘划分79

3.4.2 x86、ARM之战80

3.4.3 ARM、MIPS之战80

3.5汇编语言格式——没有规矩不成方圆81

3.5.1机器字长81

3.5.2操作数个数82

3.5.3操作数顺序83

3.5.4大小端——小问题，大折腾83

3.5.5指令类型——我们需要哪些指令83

3.5.6寻址方式——千万里，我追寻着你84

3.5.7总结85

第4章 微架构——处理器的内心世界87

4.1跟着顺溜学流水线89

4.1.1顺溜的2级流水线89

4.1.2顺溜流水线的深入分析90

4.2从子弹射击到指令执行93

4.2.1最简单的3级流水线93

4.2.2史上最经典的5级流水线95

4.2.3 DSP更深的流水线97

4.2.4流水线上的冒险——免不了磕磕绊绊98

4.2.5分支预测——以古为镜，可以知兴替103

4.3从顺序执行到乱序执行——因时制宜107

4.3.1乱序的概念107

4.3.2指令的相关108

4.3.3去除指令的相关性110

4.3.4处理器的乱序执行113

4.4处理器并行设计——并行，提高性能的不二法门117

4.5指令并行（Instruction Level Parallelism）118

4.5.1指令并行的“绿营”和“蓝营”118

4.5.2 Superscalar处理器实例——Intel P4 CPU119

4.5.3 VLIW处理器实例——TI C6000 DSP125

4.5.4 Superscalar和VLIW总结130

4.6数据并行（Data Level Parallelism）130

4.6.1何为SIMD、 MMX、 SSE130

4.6.2几种不同形式的SSE指令132

4.7线程并行（Thread Level Parallelism）133

4.7.1多线程——时分复用133

4.7.2硬件多线程——让我来帮你一把135

4.73多核——从“芯”到“蕊”的跳变136

4.7.4各种硬件多线程对比138

4.8并行总结139

4.9微架构总结142

4.9.1处理器性能公式142

4.9.2通过微架构的改进提高程序执行效率142

4.9.3商用处理器微架构的选择143

第5章Cache——处理器的“肚量”145

5.1什么是Cache——探索既熟悉又陌生的领域147

5.1.1随处可见的Cache——技术来源于生活147

5.12处理器的Cache——一切都是收益和成本的权衡147

5.2处理器的Cache结构——探索那些鲜为人知的秘密150

5.2.1 Cache的层次——层次化管理150

5.2.2 Cache的工作方式——丘比特之剑，命中与未命中151

5.2.3 Cache的映射方式——多对一的策略152

5.2.4 Cache的写方式——你不需要知道真相156

5.3 Cache一致性158

5.3.1一致性问题的产生——信息不对称导致的问题158

5.3.2 Cache一致性的底层操作159

5.3.3 Cache一致性协议160

5.4片内可寻址存储器——软件管理的Cache163

第6章 编写高效代码——时间就是生命167

6.1软件效率——21世纪什么最重要？效率！169

6.1.1高效代码的意义——时间就是生命，时间就是金钱169

6.1.2代码剖析——没有调查，就没有发言权169

6.2减少指令数——勤俭持家171

6.2.1使用更快的算法——算法，程序设计的灵魂171

6.2.2选用合适的指令——合适的人做合适的事172

6.2.3降低数据精度——比特也要省着用173

6.2.4减少函数调用——不要老打断我173

6.2.5空间换时间——我们总是在走，却忘了停留174

6.2.6减少过保护——打不破的部门墙176

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176

6.3.1少用乘法177

6.3.2少用除法、求余177

6.3.3在精度允许的条件下，将浮点数定点化177

6.3.4尽量减少分支178

6.3.5将最可能进入的分支放在if中，而不是else中179

6.4优化内存访问——别让包袱拖垮了你180

6.4.1少使用数组，少使用指针181

6.4.2少用全局变量181

6.4.3一次多访问一些数据182

6.4.4数据对齐访问182

6.4.5大数据结构时的Cache line对齐183

6.4.6程序、数据访问符合Cache的时间、空间局部性183

6.4.7多线程编程时，避免false sharing185

6.4.8自己管理内存动态分配185

6.4.9隐藏数据搬移时间186

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187

6.5.1编译器的结构——知己知彼，百战不殆187

6.5.2编译器提供了几级优化选项——分级管理188

6.5.3编译器会计算常量188

6.5.4简单的表达式化简188

6.5.5提取公共语句189

6.5.6循环展开、软件流水190

6.5.7自动向量化190

6.5.8高效的数据组织191

6.5.9指令并行化191

6.5.10编译器更懂处理器——百度更懂中文192

6.6利用多核来加速程序——人多力量大193

6.6.1并行计算193

6.6.2 OpenMP197

第7章SOC——吸星大法199

7.1 SOC大一统时代201

7.1.1 SOC和IP201

7.1.2 SOC市场驱动力202

7.2 IP核202

7.2.1 CPU IP204

7.2.2 GPU IP205

7.2.3 DSP IP205

7.2.4 Video Engine IP208

7.2.5其他IP core209

7.2.6总结210

第8章“芯”路历程——明明白白我的“芯”211

8.1逻辑电路基础——计算机的基本构成213

8.1.1模拟、数字、逻辑的关系——细微之处探真知213

8.1.2组合逻辑电路——万丈高楼平地起216

8.1.3时序逻辑电路——你在我心中留下了记忆219

8.1.4微电子技术——微乎微乎，至于无形221

8.2芯片设计——芯者，国之大事，不可不察也224

8.2.1人类是怎么管理复杂事物的224

8.2.2芯片设计流程227

8.2.3硬件描述语言——软硬不分227

8.2.4逻辑综合229

8.2.5硬件描述语言与软件描述语言的差别230

8.2.6物理设计231

8.3芯片制造——点沙成金233

8.3.1探索微观世界233

8.3.2芯片制造流程234