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第1章 微处理器设计概论1

1.1微处理器发展简史2

1.1.1集成电路制造、设计、软件等技术合力推动微处理器的发展2

1.1.2微处理器的参数指标及应用领域的巨大变化12

1.1.3若干微处理器发展的例子17

1.1.4集成电路制造及微处理器设计面临的挑战和机遇19

1.2微处理器的基本组成及工作机理20

1.2.1微处理器的基本组成20

1.2.2微处理器的工作步骤22

1.2.3顺序串行执行的指令集结构和乱序并行执行的微结构23

1.3微处理器若干关键技术概述24

1.3.1指令集24

1.3.2流水线26

1.3.3指令集并行及超标量处理器30

1.4本章小结32

参考文献33

第2章 微处理器的存储架构及电路35

2.1存储的层次化结构及缓存35

2.1.1存储的层次化结构概述35

2.1.2存储访问的局部性36

2.1.3缓存37

2.1.4虚拟存储40

2.2存储的电路实现42

2.2.1缓存实现电路——SRAM42

2.2.2寄存器堆实现电路——多端口SRAM45

2.2.3内存实现电路——DRAM48

2.2.4非易失存储——机械硬盘及闪存固态硬盘51

2.3新型非易失存储53

2.3.1阻变存储器53

2.3.2磁存储器55

2.3.3相变存储器56

2.4存储与计算的融合——计算型存储57

2.4.1计算型存储研究产生的背景57

2.4.2基于DRAM的计算型存储研究58

2.4.3基于SRAM的计算型存储研究59

2.4.4非易失存储与计算的结合60

2.5本章小结62

参考文献63

第3章 多核及众核处理器66

3.1多核处理器的缘起67

3.1.1单核处理器面临的挑战67

3.1.2应对方案——多核及众核处理器70

3.2若干研究历史及成果71

3.2.1起步：20世纪七八十年代的研究71

3.2.2兴起：2000年后的多核处理器研究72

3.2.3成熟：20核左右通用多核处理器74

3.3多核处理器的核间通信方式76

3.3.1共享存储及消息传递核间通信方式76

3.3.2共享存储多核处理器的缓存一致性77

3.3.3共享存储和消息传递混合型核间通信方式研究80

3.4片上互连网络82

3.4.1互连拓扑结构及路由82

3.4.2交换电路：包交换及电路交换84

3.4.3包交换和电路交换混合型片上网络研究87

3.5面向多核及众核的时钟设计92

3.5.1同步时钟的设计92

3.5.2同频异相时钟多核处理器93

3.5.3全局异步局部同步多核处理器94

3.6电压频率可调的低功耗多核处理器设计100

3.6.1基于动态电压及阈值电压控制的低功耗处理器设计100

3.6.2基于动态电压频率控制的低功耗多核处理器举例102

3.7本章小结104

参考文献105

第4章 微处理器扩展——领域专用的“CPU＋”系统108

4.1微处理器的扩展方式109

4.1.1 ASIP109

4.1.2 Big.Little架构110

4.1.3 CPU＋GPU113

4.1.4 CPU＋FPGA114

4.1.5 CPU＋ASIC115

4.2异构系统的互连115

4.2.1 CCIX互连标准116

4.2.2 OpenCAPI互连117

4.2.3 NVLink118

4.3异构系统的编程119

4.3.1 CUDA架构及编程119

4.3.2 OPENCL编程120

4.3.3 OpenACC编程121

4.3.4 HSA编程中间语言标准122

4.3.5高级综合语言122

4.4领域专用异构多核系统举例124

4.4.1面向通信和多媒体的24核处理器124

4.4.2面向通信、多媒体、大数据、信息安全的64核处理器128

4.4.3面向人工智能的异构多核处理器134

4.5本章小结136

参考文献137

第5章3D处理器139

5.1 3D封装技术及其应用140

5.1.1 3D封装技术介绍140

5.1.2 3D封装技术在存储器中的应用142

5.1.3 3D封装技术在处理器中的应用144

5.1.4基于3D封装技术的计算型存储研究145

5.1.5 3D封装技术在片上网络中的应用146

5.2 2.5D封装技术及其应用147

5.2.1 2.5D封装技术介绍147

5.2.2 2.5D I／O电路的进展148

5.2.3 2.5D系统芯片的进展148

5.3 2.5D／3D封装技术的定性及定量特征149

5.4 2.5D处理器设计举例150

5.4.1 2.5D系统片间互连及核间通信152

5.4.2 2.5D处理器的存储系统154

5.4.3 2.5D多核处理器的芯片实现与系统集成155

5.5本章小结158

参考文献158

第6章 微处理器设计流程、设计验证及可测性设计160

6.1微处理器设计流程概述160

6.1.1 工艺的选择及影响162

6.1.2 Verilog语言165

6.2微处理器设计验证167

6.2.1集成电路验证方法概述167

6.2.2微处理器设计验证概述169

6.2.3有针对性的测试程序自动生成技术170

6.3微处理器可测性设计172

6.3.1可测性设计简介172

6.3.2基于JTAG的可测性设计173

6.4本章小结176

参考文献176

第7章 国内外典型处理器介绍177

7.1 Intel处理器177

7.1.1 Intel处理器的演进177

7.1.2 Intel x86指令集183

7.1.3 Intel的专利187

7.2 AMD处理器190

7.2.1 3DNow！浮点SIMD指令集191

7.2.2 x86-64位处理器192

7.2.3融合CPU和GPU的处理器（Fusion APU）193

7.2.4 AMD Zen处理器193

7.3 ARM处理器194

7.3.1 ARM7处理器195

7.3.2 Cortex-M处理器196

7.3.3 Cortex-A处理器197

7.4申威处理器197

7.4.1申威64指令系统197

7.4.2申威处理器核心198

7.4.3申威处理器产品199

7.5中天微CK-CPU202

7.6本章小结204

参考文献205