CPU通識課

CPU概覽篇 時代與機遇
第 1節(jié) CPU時代
信息社會的基石：CPU
電腦之心：CPU在計算機中的地位
從大到小：CPU外觀的變化
國之重器：CPU為什么成為信息技術(shù)的焦點
CPU分成哪些種類？
微觀巨系統(tǒng)：為什么說CPU是世界難題？
第 2節(jié) CPU性能論
CPU怎樣運行軟件？
主頻越高，性能就越高嗎？
為什么MIPS和MFLOPS不能代表性能？
面向問題的性能評價標準：SPEC CPU
性能測試工具的局限性
不推薦的測試集：UnixBench
第3節(jié) 人人可學CPU
從簡單到復(fù)雜：CPU的進化
CPU技術(shù)在計算機科學中的地位
我不需要做CPU，為什么還要學習CPU？
開源CPU哪里找？

CPU術(shù)語篇 入門術(shù)語應(yīng)知應(yīng)會
第 1節(jié) 計算機的語言：指令集
軟件編碼規(guī)范：什么是指令集？
什么是指令集的兼容性？
為什么指令集要向下兼容？
為什么說指令集可以控制生態(tài)？
自己能做指令集嗎？
第 2節(jié) 繁簡之爭：精簡指令集
CISC和RISC區(qū)別有多大？
CISC和RISC的融合
高端CPU指令集包含什么內(nèi)容？
第3節(jié) 第 一次抽象：匯編語言
硬件的語言：匯編語言
為什么現(xiàn)在很少使用匯編語言了？
匯編語言會消亡嗎？
第4節(jié) 做CPU就是做微結(jié)構(gòu)
CPU的電路設(shè)計：微結(jié)構(gòu)
可售賣的設(shè)計成果：IP核
IP核的“軟”和“硬”
攢芯片：SoC
像DIY計算機一樣“攢CPU”
第5節(jié) 解讀功耗
什么是功耗？
有哪些降低功耗的方法？
第6節(jié) 摩爾定律傳奇
摩爾定律會失效嗎？
什么是Tick-Tock策略？
Tick-Tock模型的新含義：“三步走”
為什么CPU性能提升速度變慢了？
第7節(jié) 通用還是專用？
CPU和操作系統(tǒng)的關(guān)系
什么是異構(gòu)計算？
專用處理器有哪些？
通用處理器也可以差異化
第8節(jié) 飄蕩的幽靈：后門和漏洞
什么是CPU的后門和漏洞？
誰造出了后門和漏洞？
典型的CPU后門和漏洞
操作系統(tǒng)怎樣給CPU打補??？
在哪里可以查到CPU的漏洞？
怎樣減少CPU的安全隱患？

CPU原理篇 現(xiàn)代高性能CPU架構(gòu)與技術(shù)
第 1節(jié) 理論基石
CPU的3個重要的基礎(chǔ)理論
研制CPU有哪些階段？
學習CPU原理有哪些書籍？
為什么電路設(shè)計比軟件編程更難？
第 2節(jié) EDA神器
CPU的設(shè)計工具：EDA
哪些國家能做EDA？
有沒有開源的EDA？
像寫軟件一樣設(shè)計CPU：Verilog語言
從抽象到實現(xiàn)：設(shè)計CPU的兩個階段
第3節(jié) 開天辟地：二進制
二進制怎樣在CPU中表示？
從二進制到十進制：CPU中的數(shù)值
從自然數(shù)到整數(shù)：巧妙的補碼
CPU中怎樣表示浮點數(shù)？
第4節(jié) CPU的天職：數(shù)值運算
CPU怎樣執(zhí)行數(shù)值運算？
什么是ALU？
什么是寄存器？
第5節(jié) 流水線的奧秘
什么是CPU的流水線？
流水線級數(shù)越多越好嗎？
第6節(jié) 亂序執(zhí)行并不是沒有秩序
什么是動態(tài)流水線？
動態(tài)流水線的經(jīng)典算法：Tomasulo
什么是亂序執(zhí)行？
亂序執(zhí)行如何利用“寄存器重命名”
處理數(shù)據(jù)相關(guān)性？
亂序執(zhí)行的典型電路結(jié)構(gòu)
亂序執(zhí)行如何處理例外？
回顧：亂序執(zhí)行的3個重要概念
第7節(jié) 多發(fā)射和轉(zhuǎn)移猜測
什么是多發(fā)射？
什么是轉(zhuǎn)移猜測？
第8節(jié) 包納天地的內(nèi)存
CPU怎樣訪問內(nèi)存？
內(nèi)存多大才夠用？
什么是訪存指令的“尾端”？
什么是緩存？
緩存的常用結(jié)構(gòu)
什么是虛擬內(nèi)存？
第9節(jié) CPU的“外交”
什么是CPU特權(quán)級？
中斷和例外有什么不同？
CPU怎樣做I/O？
高效的外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸機制：DMA

CPU系統(tǒng)篇 由CPU組成完整計算機
第 1節(jié) 操作系統(tǒng)和應(yīng)用的橋梁
什么是系統(tǒng)調(diào)用？
應(yīng)用程序怎樣執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用指令？
第 2節(jié) 專用指令發(fā)揮大作用
什么是向量指令？
CPU怎樣執(zhí)行加密、解密？
第3節(jié) 虛擬化：邏輯還是物理？
什么是虛擬化？
什么是硬件虛擬化？
第4節(jié) 可以信賴的計算
CPU怎樣支持可信計算？
可信模塊怎樣集成到CPU中？
第5節(jié) 從一個到多個：并行
人多力量大：多核
不止一個芯片：多路
流水線和線程的結(jié)合：硬件多線程
用于衡量并行加速比的Amdahl定律
第6節(jié) 并行計算機的內(nèi)存
并行計算機的內(nèi)存結(jié)構(gòu)：SMP和NUMA
并行計算機的Cache同步
并行計算機的Cache一致性
什么是原子指令？
第7節(jié) 集大成：從CPU到計算機
總線：計算機的神經(jīng)系統(tǒng)
從CPU到計算機：主板
CPU運行的第 一個程序：BIOS固件
協(xié)同工作：在WPS中敲一下按鍵，計算機里發(fā)生了什么？
計算機為什么會死機？

CPU生產(chǎn)制造篇 從電路設(shè)計到硅晶片的實現(xiàn)
第 1節(jié) 化設(shè)計為實物
CPU是誰生產(chǎn)出來的？
CPU設(shè)計者為什么要“上知天文、下知地理”？ 205
什么是CPU的納米工藝？
第 2節(jié) 硅晶片的由來
為什么要把硅作為生產(chǎn)芯片的材料？
CPU的完整生產(chǎn)流程
生產(chǎn)芯片的3種基本手法
第3節(jié) 模擬元器件
基本電路元件：電阻、電容、電感
模擬電路的“單向開關(guān)”：二極管
模擬電路的“水龍頭”：場效應(yīng)管
模擬電路器件集大成者
第4節(jié) 數(shù)字元器件
數(shù)字電路的基本單元：CMOS反相器
數(shù)字電路器件集大成者
電路的基本單元：少而精
第5節(jié) 交付工廠
版圖是什么樣的？
CPU的制造設(shè)備從哪里來？
CPU代工和封測廠商有哪些？
CPU的成本怎么算？
第6節(jié) 怎樣省錢做芯片？
不用流片也可以做CPU：FPGA
使用純軟件的方法做CPU：模擬器
第7節(jié) 明天的芯片
先進的制造工藝：SOI和FinFET
“后FinFET時代”何去何從？

CPU家族篇 經(jīng)典CPU企業(yè)和型號
第 1節(jié) 從上古到戰(zhàn)國
上古時代：有實無名的CPU
上古時代CPU什么樣？
戰(zhàn)國時代：百花齊放的商用CPU廠商
第 2節(jié) 巨頭尋蹤
大一統(tǒng)時代：Intel的發(fā)家史
AMD拿什么和Intel抗衡？
第二套生態(tài)：ARM崛起
蘋果公司的CPU硬實力
百年巨人：IBM的Power處理器
第3節(jié) 小而堅強
教科書的殿堂：MIPS
RISC-V能否成為明日之星？
第4節(jié) 世界邊緣
日本如何失去CPU主導(dǎo)權(quán)？
歐洲重振處理器計劃
韓國的CPU身影

CPU生態(tài)篇 解密軟件生態(tài)
第 1節(jié) 生態(tài)之重
CPU廠商為什么要重視生態(tài)？
Inside和Outside：CPU公司的兩個使命
CPU和應(yīng)用軟件之間的接口
軟件生態(tài)的典型架構(gòu)
第 2節(jié) 開發(fā)者的號角
生態(tài)先鋒：軟件開發(fā)者
操作系統(tǒng)是怎樣“做”出來的？
虛擬機：沒有CPU實體的生態(tài)
第3節(jié) 解決方案如何為王
生態(tài)的話語權(quán)：解決方案為王
計算機CPU賺錢，手機CPU不賺錢？
中國IT產(chǎn)業(yè)的根本出路：建自己的生態(tài)體系
第4節(jié) 生態(tài)的優(yōu)點
優(yōu)秀生態(tài)的3個原則：開放、兼容、優(yōu)化
優(yōu)秀生態(tài)的范例：Windows-Intel、
Android-ARM、蘋果
松散型的生態(tài)：Linux
第5節(jié) 生態(tài)的方向
生態(tài)的外沿：不止于解決方案
CPU廠商：不同的營利模式
應(yīng)用商店：生態(tài)成果陣地
生態(tài)無難事，只要肯登攀

中國CPU篇 “技術(shù)—市場—技術(shù)”的歷史循環(huán)
第 1節(jié) CPU舊事
為什么要做CPU？
發(fā)展CPU技術(shù)的兩條路線
我國計算機事業(yè)的3個發(fā)展階段
缺芯少魂：中國IT之痛
第 2節(jié) 龍的聲音
龍芯極簡史
龍芯主要型號
龍芯曾經(jīng)的“世界先進水平”
從學院派到做產(chǎn)品
龍芯性能有多高？
第3節(jié) 龍之生態(tài)
核心技術(shù)只能在試錯中發(fā)展
龍芯指令集
社區(qū)版操作系統(tǒng)：支撐軟件生態(tài)
龍芯“內(nèi)生安全”特色
在試錯中趨于成熟
第4節(jié) 未來已來
“泛生態(tài)”體系正在形成
從零開始造計算機：龍芯教育理念
多種路線的中國CPU企業(yè)
未來已來：龍芯生態(tài)發(fā)展方向