集成电路设计丛书 微处理器设计 架构、电路及实现PDF电子书下载

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——SRAM 42

2.2.2寄存器堆实现电路——多端口SRAM 45

2.2.3内存实现电路——DRAM 48

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 ASIP 109

4.1.2 Big.Little架构 110

4.1.3 CPU＋GPU 113

4.1.4 CPU＋FPGA 114

4.1.5 CPU＋ASIC 115

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 NVLink 118

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-CPU 202

7.6本章小结 204

参考文献 205