《自己設計製作CPU與單片機》是2014年人民郵電出版社出版的圖書，作者是姜詠江。
基本介紹
- 書名：自己設計製作CPU與單片機
- 類別：計算機組織與體系結構
- 出版時間：2014年9月
- 開本：16 開
- ISBN：9787115364692
- 作者：姜詠江
- 出版社：人民郵電出版社
- 叢書名：圖靈原創
- 版次：1-1
內容簡介,作者簡介,編輯推薦,圖書目錄,前言,
內容簡介
這是一本為有志於計算機 cpu 設計的人員所寫的書，不論你是狂熱的發燒友，還是精明的計算機專業工作者。
《自己設計製作 cpu 與單片機》以作者幾十年學習設計製作 cpu 與通用單片機的經歷，來告訴你如何從無到有地設計屬於你自己的 cpu 和可以運行用戶程式的單片機。書中以作者的十幾個 cpu 設計工程為主線，展示了精簡指令系統 risc 和複雜指令系統 cisc 計算機 cpu 的設計方法。既有硬體編程，又有原理圖設計，適合軟硬體人員學習計算機核心技術之用。
《自己設計製作 cpu 與單片機》中通過實例告訴讀者，如何創造性地進行計算機高端產品 cpu 的立意和設計，介紹了人機互動和作業系統核心的設計方法。這是一本對要全面掌握計算機高端技術的人員而言必讀的 cpu 設計製作之書。
作者簡介
姜詠江
從事數學、計算機理論、微體系結構、作業系統方向研究。
自己設計製作 CPU 與單片機多台。
編輯推薦
這是一本非常有趣、激動人心的書。本書帶你進入此前難以想像的領域——自己設計製作 CPU 與計算機。看完這本書，你會強大到連你自己都感到害怕。
不親自設計 CPU 的人很難以理解計算機的真諦。
基礎上不能與人並駕齊驅，永遠不要談超越別人。
從精簡指令系統 RISC ，到複雜指令系統 CISC ；
從原理圖設計，到硬體編程；
從人機互動設計，到作業系統核心設計；
從無，到有，設計屬於你自己的 CPU 與單片機。
去做一件看似不可能的事，才能知道你的極限在哪裡。
圖書目錄
《自己設計製作 cpu 與單片機》
上篇 cpu 設計製作入門
第1章 自己就能設計製造 cpu 2
1.1 自己設計製作 cpu 有啥意義 2
1.2 我設計製作 cpu 的經歷 4
1.3 電子電路設計製作的新變化 8
1.4 自己設計 cpu 的條件 8
1.5 創新 cpu 設計的意義 9
第 2 章 進入硬體設計的天地 11
2.1 搭建自己的製造工廠 11
2.1.1 安裝你的設計製造工具 11
2.1.2 獲得開工許可證 12
2.1.3 熟悉如何建立設計工程 14
2.2 設計製造 cpu 需要熱身 17
2.2.1 初學硬體編程的例子 17
2.2.2 程式書寫的要點你知道嗎 20
2.2.3 程式就是硬體嗎？ 22
2.2.4 怎樣知道自己設計的對與錯 23
2.2.5 掌握仿真測試小工具 31
2.2.6 看看自己設計的轉換圖 33
前言
“能不能自己設計製作一台計算機？”
現在，我可以肯定地回答你：“能！”
計算機發展到今天，幾乎已經是無處不用了。然而談起中國人自己製造計算機的問題，未免還有些氣短。特別是計算機的靈魂 CPU ，一色都是國外製造的，就是有人說某 CPU 是中國人製造的，你也未必相信，最好的回答恐怕也是“山寨”或者仿造。
什麼我們自己不能夠製造 CPU ？這涉及到 CPU 的設計理論方法和超大規模積體電路製造技術。據最新的報導，我國已經掌握了 22 納米的超大規模積體電路生產工藝，看來很快就會有真正國內生產的 CPU 晶片問世。
說到 CPU 設計，關鍵要有理論和設計實踐環境。長時間以來，我們既缺先進的設計理論，又缺實現 CPU 理論的設計環境。理論需要頭腦思考，只要我們辛勤認真地學習和思考，理論問題就能夠解決，關鍵的是實現 CPU 設計的環境與工藝技術。可以說 CPU 設計環境和工藝技術阻礙了我國微電子工業的發展。現在這個問題應該說已經解決了。十幾年前發展起來的 FPGA 晶片，使這一切都變得簡單了。 FPGA 的出現標誌著一個全新的個人設計製作 CPU 晶片的時代到來了。
從進入計算機領域的那一天開始，我就無時無刻不在夢想自己製造一台計算機。這一夢想在 2006 年終於成為了現實。我不但設計出了完全屬於自己的 CPU ，還親手製作了以自己的 CPU 為中心的通用單片機。一般的單片機不能隨時運行用戶程式，而我製作的單片機可以在運行過程中，隨時輸入用戶程式執行。專用計算機和通用計算機的根本區別就在於能否執行用戶程式。
一晃 8 年的時間過去了。很高興地看到想要自己設計製作 CPU 與計算機的人越來越多。這期間向我詢問個人設計製作 CPU 技術的人也多了起來，所以我決定將自己的心得體會寫出來，希望能夠快速地營造一個自己設計製作 CPU 與計算機的氛圍，希望我國的計算機高端理論和技術能夠快速發展。
本書是我三十幾年從事計算機教學與科研的經驗總結，其中包含多個自己設計的 CPU 實例。既有複雜指令系統的 CPU ，也有流水線一類精簡指令系統的 CPU ，特別是還有我自己發明的動態 CPU 的設計。這些設計工程實例，既有複雜一些的，也有簡單的。這樣做的目的，是想讓那些資深的計算機技術人員和那些資歷尚淺的計算機 CPU 設計愛好者，都能夠在本書中獲得一些啟迪，增加他們投身到計算機高端領域的興趣。
本書共分三大部分：
上篇叫做 CPU 設計製作入門。其中主要介紹用硬體程式語言如何來設計製作 CPU 與單片機。這一部分主要以精簡指令格式的 CPU 設計為主。由淺入深，有簡單 CPU 設計、通用 CPU 與單片機設計製作、流水線 CPU 設計、通用流水線 CPU 與單片機設計製作、透明三級流水線 CPU 與單片機製作等。
中篇叫做深入 CPU 設計。這一部分對計算機 CPU 設計的理論和方法作了深入地介紹和討論，從源頭上來解決 CPU 設計的基礎理論和技術，重點介紹原理圖方式設計 CPU 的技術和方法。這樣做的目的是能對初學 CPU 設計的讀者給予理論上的指導，同時力求對那些有創新 CPU 設計能力的讀者有所幫助。這一部分主要包括：
（ 1 ）計算機 CPU 設計原理和方法，重點給出了限位記數法和對稱制，它們是機器計算的重要理論和設計的重要依據；
（ 2 ）構成 CPU 的各種元器件設計方法與實際設計，特別給出了定點數加、減、乘、除和浮點數加減法運算器的設計，這些運算器都能夠實現超長數的運算；
（ 3 ）給出了 PMC110 計算機基礎型和帶液晶屏單片機設計的工程實例，重點介紹如何用原理圖設計通用計算機的內外結構，液晶屏設備的使用及 CPU 與外設異步通信的基本方法；
（ 4 ）給出了動態計算機 PMC362 的設計思想與設計方法等。
下篇叫做自己製作單片機。這一部分主要介紹通用單片機如何製作。其中包括帶有 FPGA 的計算機電路板設計、器件選擇、設備安裝、工程下載等一系列設計製作方法。通過這一部分內容論述，讓讀者能夠成為一個可以獨立運行的單片機的製造者。
CPU 設計製造之所以被稱為“高科技”，在於它所涉及的知識和技術領域較廣，所以使一些想涉獵這一領域的人望而卻步。什麼複雜的 CPU 設計、什麼高深的作業系統設計，通過本書你會看到，原來這一切也不過是如此而已！
書中令作者十分得意的有三點：
第一是限位數與對稱制理論，它在補碼制的基礎上，完善了機器精確計算的理論和方法；
第二是動態 CPU的設計理論和方法，這一發明是對以進程執行緒方法進行程式運行和調度，以系統軟體管理記憶體的運行方式發出了挑戰，進而發出了“減少軟體消耗”的呼聲；
. 第三是讓讀者一下子就能夠接觸到作業系統核心，用簡單的十幾條指令，就能讓讀者體會到作業系統的本意。
書中許多內容都是作者的獨創，雖然這些內容有些距離市場套用還有相當的距離，但其中所揭示的理論和方法卻是最直接的。發展一下，進入市場是指日可待的事情。就我個人幾十年的設計體會來說，這方面的東西未必像一些人所描述的那樣高深莫測，在 FPGA 器件和電子設計自動化軟體 EDA 存在的條件下，有志趣的高中生都可以自己將 CPU 設計出來。
但願我所寫的這本拋磚引玉的書，能夠吸引我國更多的年輕人投入到 CPU 與計算機的設計領域中來！
姜詠江
2014 年 1 月 12 日
