處理器是IT、通信、電子產業的基石,沒有處理器,信息產業大廈就如同建立在沙灘之上。
《大話處理器:處理器基礎知識讀本》是一本圖文并茂、生動幽默的處理器科普讀本,《大話處理器:處理器基礎知識讀本》行文風趣幽默,用類比來解釋晦澀的技術,用圖畫來代替枯燥的文字。本著科技以人為本的理念,《大話處理器:處理器基礎知識讀本》除了技術外,還介紹了大量人物和公司的故事,供大家閑讀。
第1章漫游計算機世界,介紹了計算機的前世今生,以及計算機的五臟六腑、七經八脈。第2-5章從外到內,介紹了處理器的外表和內心結構,處理器的核心技術盡在于此。第6章向軟件人員介紹了怎樣編寫高效代碼,處理器的客戶就是程序員,程序員在處理器上開發程序,不了解處理器怎么好意思,而對處理器了解得越深,編寫出來的代碼執行效率就越高。第7章介紹了一大堆的處理器公司,現在的人們攢電腦,以后的人們說不定就能攢處理器了。第8章走進處理器的內“芯”世界,介紹處理器芯片是怎么設計與制造出來的。
《大話處理器:處理器基礎知識讀本》的主要讀者是IT、通信、電子、半導體行業的從業人員以及學生。喜歡技術的看技術,不喜歡技術的看故事。
《大話處理器:處理器基礎知識讀本》是國內首本圖文并茂、生動幽默的處理器科普讀本,全面揭秘處理器核心技術。恰當、幽默的類比讓人嘆為觀止,豐富的人物、公司介紹,帶您遨游計算機、半導體世界!
正如廣告語說的那樣:處理器無處不在(Microprocessors are everywhere)。每一個成功的男人背后都有一個成功的女人,每一個成功的電子產品里面至少有一個成功的處理器。不管是我們經常使用的計算機、手機、汽車,還是為我們服務但我們不知道它們在哪兒的基站、服務器、交換機等,莫不如此。我們身處的電子世界,是建立在處理器基礎之上的。前科技部部長徐冠華曾經發出這樣的感嘆:“沒有自己的CPU芯片,我們的信息產業大廈就如同建立在沙灘上。”正因如此,龍芯、漢芯等芯的一點點風吹草動,總能牽動大家的心。
服務器的處理器被Intel和IBM把持著,PC機的處理器被Intel和AMD把持著,手機、平板電腦上的處理器則是百家爭鳴,不僅有傳統的高通、博通、TI、Freescale等公司,三星、蘋果、nVidia等公司也加入了戰團。另外,新的處理器公司也依靠自己在某一方面的獨特技術優勢而備受追捧,如擅長多核的Tilera、擅長可配置處理器的Tensilica等。
做處理器很難嗎?難,也可說不難。說它難,是因為從頭設計一款處理器確實很難,說它不難,是因為現在可以買到一大堆的處理器IP核,如ARM核、MIPS核、PowerPC核、Xtensa核等,網上還有開源的處理器核,用這些處理器IP核再搭配一些外圍的東西,就可以設計出一款處理器,交由芯片代工廠生產,就得到了一顆處理器芯片。這個行業是越來越開放,越來越“混亂”,也越來越有意思。
本書內容
本書是一本圖文并茂、生動幽默的處理器科普讀物,全書行文風趣幽默,用類比來解釋晦澀的技術,用圖畫來代替枯燥的文字。本著科技以人為本的理念,本書除了技術外,還介紹了大量人物和公司的故事,供大家閑讀。本書站在一個軟件工程師的角度來描述處理器,書中沒有花篇幅談論處理器的外設、接口、中斷等內容,而是更多地探討影響處理器性能的流水線、指令并行、數據并行、線程并行、Cache等內容。
說起處理器,自然不能不提計算機,第1章漫游計算機世界,介紹了計算機的前世今生,以及計算機的五臟六腑、七經八脈。
第2~5章從外到內,介紹了處理器的外表和內心結構,處理器的核心技術盡在于此。了解了這幾章,我們就能知道一款處理器擅長做什么事情,不擅長做什么事情。第6章向軟件人員介紹了怎樣編寫高效代碼,處理器的客戶就是程序員,程序員在處理器上開發程序,對處理器了解得越深,編寫出來的代碼執行效率就越高。
第7章介紹了一大堆的處理器IP公司,現在的人們攢電腦,以后的人們說不定就能攢處理器了。
第8章走進處理器的內“芯”世界,介紹處理器芯片是怎么設計與制造出來的。
本書特色
圖多。常言道,文不如表,表不如圖,圖一來可以節省筆墨,二來可以迅速向讀者強化作者的意思,其實漢語本身就是象形字,最早也是從圖演化而來,以圖代文也是理所 當然。
語言生動、幽默,多用類比。一個東西,這樣說不容易懂,換一種說法就容易懂了,很多技術也來源于生活,技術和生活實例聯系在一起,也更能幫助讀者理解、記憶。
知識面廣、新穎。本書介紹了大量的公司、人物和故事,也介紹了計算機、處理器、軟件、芯片設計與制造。
讀者對象
本書的讀者對象是對計算機、處理器感興趣的人員,做軟件開發的人員,以及IT、通信、電子、半導體行業的從業人員和大專院校的學生。喜歡技術的看技術,不喜歡技術的看故事。
致謝
感謝漂亮、可愛的曹陽妹妹為本書作畫,畫工精湛,創意一流。感謝英特爾高性能計算/工作站架構師何萬青博士在百忙之中讀完本書,并熬夜作序,導致第二天發高燒,在此致上歉意。感謝華為處理器行業管理協會會長、硬件技術開發部部長蔡緒鵬總結了處理器四十年的發展歷程,為本書作序(注:根據出版需要,有刪減,原文參見作者博客)。感謝原浙江大學信息與電子工程系副主任、博導,華為美國研究所專家,資深硅谷人士周峰博士,在本書的寫作與出版上,提出了諸多指導意見,并作序。感謝清華大學出版社王峰松老師為本書的寫作與出版殫精竭慮,出謀劃策。感謝為我的成長給予過幫助的所有人。
本書包含大量的圖片,除了原創的漫畫、示意圖外,還包含不少歷史名人照片、劇照、相關產品照片、互聯網娛樂照片等,此外,本書還有少量圖片直接引用或者參考了現有的學術示意圖,這些圖片來源于各大公司官方網站(如Intel、TI、IBM等)、國外著名大學、維基百科等網站,特對這些圖片的作者和所有者表示感謝。
本書從2009年7月開始寫作,大約花了兩年時間,期間做過3次大的結構調整,終于形成了現在的結構。本書接近寫成之際,作者在通信人家園論壇里連載了一部分,得到了不少好評,也迅速被置頂、加精、進入論壇首頁。該帖在華為公司內部也被多次轉載、郵件傳播,不少同事的相關培訓PPT直接引用作者在書中所繪制的原圖,相信本書不會讓讀者失望。
本書邀請了不少業內專家進行審查,不過也不一定能確保完全準確無誤,讀者可以訪問作者的博客(http://blog.csdn.net/muxiqingyang)或微博(http://weibo.com/muxiqingyang)對本書進行批評、建議、討論,還可以下載作者為本書所設計的PPT,也可以通過電子郵件(muxiqingyang@qq.com)和作者交流。
萬木楊
2010年5月
VIII
大話處理器——處理器基礎知識讀本
IX
前言
萬木楊,網名木兮清揚,華為公司服務近6年,曾任軟件工程師、算法工程師、系統工程師,擅長多媒體算法設計和編寫高效代碼。 作者自2004年起開始研究多媒體算法,從語音識別,到人臉動畫,再到視頻編解碼,足跡遍布語音、圖像、視頻、3D。自2006年在DSP上編寫程序,從此開始深入研究處理器內部結構,后來接觸過大量的半導體公司和處理器芯片,對處理器技術和產品有著深刻的理解。 閑暇之余,作者喜愛讀書,多年來保持平均兩周一本的速度。
第1章 漫游計算機世界
1.1 計算機的前世、今生、來世
1.2 計算機分門別類
1.3 PC機結構探秘
第2章 初識處理器——掀起你的蓋頭來
2.1 處理器是怎樣工作的——處理器的硬件模型
2.2 怎樣來使用處理器——處理器的編程模型
2.3 處理器的分層模型
2.4 選什么樣的處理器——適合的才是最好的
第3章 指令集體系結構——處理器的外表
3.1 指令集是什么
3.2 指令集發展的來龍去脈
3.3 指令集的五朵金花
3.4 地盤之爭
3.5 匯編語言格式——沒有規矩不成方圓
第4章 微架構——處理器的內心世界
4.1 跟著順溜學流水線
4.2 從子彈射擊到指令執行
4.3 從順序執行到亂序執行——因時制宜
4.4 處理器并行設計——并行,提高性能的不二法門
4.5 指令并行(Instruction Level Parallelism)
4.6 數據并行(Data Level Parallelism)
4.7 線程并行(Thread Level Parallelism)
4.8 并行總結
4.9 微架構總結
第5章 Cache——處理器的“肚量”
5.1 什么是Cache——探索既熟悉又陌生的領域
5.2 處理器的Cache結構——探索那些鮮為人知的秘密
5.3 Cache一致性
5.4 片內可尋址存儲器——軟件管理的Cache
第6章 編寫高效代碼——時間就是生命
6.1 軟件效率——21世紀什么最重要?效率!
6.2 減少指令數——勤儉持家
6.3 減少處理器不擅長的操作——不要逼我做我不喜歡的事情
6.4 優化內存訪問——別讓包袱拖垮了你
6.5 充分利用編譯器進行優化——編譯器:我才是優化第一高手
6.6 利用多核來加速程序——人多力量大
第7章 SOC——吸星大法
7.1 SOC大一統時代
7.2 IP核
第8章 “芯”路歷程——明明白白我的“芯”
8.1 邏輯電路基礎——計算機的基本構成
8.2 芯片設計——芯者,國之大事,不可不察也
8.3 芯片制造——點沙成金