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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 CPU 119

4.5.3 VLIW处理器实例——TI C6000 DSP 125

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、 SSE 130

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Cache 163

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 sharing 185

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 OpenMP 197

第7章SOC——吸星大法 199

7.1 SOC大一统时代 201

7.1.1 SOC和IP 201

7.1.2 SOC市场驱动力 202

7.2 IP核 202

7.2.1 CPU IP 204

7.2.2 GPU IP 205

7.2.3 DSP IP 205

7.2.4 Video Engine IP 208

7.2.5其他IP core 209

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