目錄
第1章計(jì)算機(jī)組成與交互計(jì)算概論/1
1.1計(jì)算機(jī)組成的基本概念和原理1
1.1.1計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)1
1.1.2計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)7
1.1.3計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)9
1.1.4計(jì)算機(jī)的工作原理12
1.2交互計(jì)算的基本概念和特點(diǎn)13
1.2.1交互計(jì)算的概念13
1.2.2并行計(jì)算的發(fā)展14
1.2.3交互計(jì)算典型應(yīng)用領(lǐng)域15
1.2.4人機(jī)交互與智能計(jì)算16
1.2.5智能計(jì)算系統(tǒng)21
1.3計(jì)算機(jī)組成與人工智能24
1.4本章小結(jié)26
1.4.1內(nèi)容總結(jié)26
1.4.2常見問題27
1.4.3思考題27
第2章計(jì)算系統(tǒng)的發(fā)展歷程/29
2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程和特點(diǎn)29
2.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史29
2.1.2發(fā)展階段的主要特征33
2.1.3計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)33
2.2計(jì)算機(jī)處理器的發(fā)展與演變35
2.2.1處理器的發(fā)展歷史35
2.2.2處理器發(fā)展趨勢(shì)分析37
2.2.3多核處理器的演變38
2.2.4新興技術(shù)對(duì)CPU發(fā)展的影響40
2.3計(jì)算機(jī)的未來發(fā)展和創(chuàng)新44
2.3.1高性能處理器的演進(jìn)與智能計(jì)算需求442.3.2存儲(chǔ)器系統(tǒng)的優(yōu)化與智能計(jì)算任務(wù)56
2.3.3I/O設(shè)備的改進(jìn)與智能交互需求56
2.4本章小結(jié)60
2.4.1內(nèi)容總結(jié)60
2.4.2常見問題61
2.4.3思考題61
第3章數(shù)據(jù)的表示/62
3.1數(shù)據(jù)表示的作用62
3.2無符號(hào)數(shù)和有符號(hào)數(shù)62
3.2.1無符號(hào)數(shù)62
3.2.2有符號(hào)數(shù)63
3.3數(shù)的定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示67
3.3.1定點(diǎn)表示67
3.3.2浮點(diǎn)表示69
3.4計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)類型73
3.4.1匯編語言中的數(shù)據(jù)類型73
3.4.2高級(jí)語言中的數(shù)據(jù)類型74
3.4.3非數(shù)值數(shù)據(jù)表示76
3.4.4數(shù)據(jù)信息的校驗(yàn)78
3.5本章小結(jié)86
3.5.1內(nèi)容總結(jié)86
3.5.2常見問題86
3.5.3思考題87
第4章計(jì)算機(jī)的“四則運(yùn)算”/88
4.1定點(diǎn)運(yùn)算88
4.1.1移位運(yùn)算88
4.1.2加減法運(yùn)算90
4.1.3乘法運(yùn)算92
4.1.4除法運(yùn)算99
4.2浮點(diǎn)四則運(yùn)算103
4.2.1浮點(diǎn)加減運(yùn)算103
4.2.2浮點(diǎn)乘除運(yùn)算105
4.3算術(shù)邏輯單元106
4.3.1ALU電路106
4.3.2快速進(jìn)位鏈107
4.4本章小結(jié)111
4.4.1內(nèi)容總結(jié)111
4.4.2常見問題112
4.4.3思考題112
第5章數(shù)據(jù)的讀寫——存儲(chǔ)系統(tǒng)/113
5.1存儲(chǔ)器的分類和層次結(jié)構(gòu)113
5.1.1存儲(chǔ)器的分類114
5.1.2存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)116
5.2主存儲(chǔ)器119
5.2.1主存儲(chǔ)器概述119
5.2.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片概述121
5.2.3隨機(jī)存取存儲(chǔ)器123
5.2.4只讀存儲(chǔ)器132
5.2.5存儲(chǔ)器與CPU的連接134
5.2.6存儲(chǔ)器的校驗(yàn)136
5.2.7提高訪存速度的措施137
5.3高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）141
5.3.1概述141
5.3.2Cache—主存的地址映射145
5.3.3替換算法151
5.4輔助存儲(chǔ)器154
5.4.1概述154
5.4.2磁記錄原理和記錄方式155
5.5本章小結(jié)157
5.5.1內(nèi)容總結(jié)158
5.5.2常見問題159
5.5.3思考題159
第6章指令系統(tǒng)與智能交互/160
6.1機(jī)器指令160
6.1.1指令系統(tǒng)概述160
6.1.2指令的一般格式161
6.1.3指令字長(zhǎng)164
6.2操作數(shù)類型和操作類型164
6.2.1操作數(shù)類型164
6.2.2數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存放方式165
6.2.3指令分類方法166
6.2.4操作類型167
6.3尋址方式170
6.3.1指令尋址170
6.3.2數(shù)據(jù)尋址170
6.4指令格式舉例176
6.4.1設(shè)計(jì)指令格式時(shí)應(yīng)考慮的各種因素176
6.4.2指令格式舉例177
6.5RISC技術(shù)179
6.5.1RISC的產(chǎn)生和發(fā)展179
6.5.2RISC的主要特征179
6.5.3CISC的主要特征180
6.5.4RISC和CISC的比較180
6.6MIPS技術(shù)181
6.6.1MIPS指令概述181
6.6.2MIPS體系結(jié)構(gòu)中的寄存器182
6.6.3MIPS指令格式182
6.6.4MIPS指令尋址方式183
6.7交互計(jì)算系統(tǒng)183
6.7.1計(jì)算: AI算力載體與核心183
6.7.2網(wǎng)絡(luò): 核心器件突破算力瓶頸185
6.7.3存儲(chǔ): 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)獨(dú)立自主構(gòu)建生態(tài)壁壘189
6.8本章小結(jié)191
6.8.1內(nèi)容總結(jié)191
6.8.2常見問題192
6.8.3思考題192
第7章交互計(jì)算的核心——處理器/194
7.1CPU的基礎(chǔ)組成和工作原理194
7.1.1CPU的結(jié)構(gòu)194
7.1.2CPU中的主要寄存器195
7.1.3操作控制器與時(shí)序產(chǎn)生器197
7.2指令周期197
7.2.1指令周期的基本概念197
7.2.2指令周期的數(shù)據(jù)流199
7.3指令流水200
7.3.1指令流水原理201
7.3.2影響流水線性能的因素203
7.3.3流水線性能207
7.3.4流水線中的多發(fā)技術(shù)208
7.3.5流水線結(jié)構(gòu)210
7.4中斷系統(tǒng)211
7.4.1概述211
7.4.2中斷請(qǐng)求標(biāo)記和中斷判優(yōu)邏輯212
7.4.3中斷服務(wù)程序入口地址的尋找213
7.4.4中斷響應(yīng)214
7.4.5保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)215
7.4.6中斷屏蔽技術(shù)216
7.5本章小結(jié)220
7.5.1內(nèi)容總結(jié)220
7.5.2常見問題221
7.5.3思考題221
第8章交互計(jì)算的鏈接——總線系統(tǒng)/222
8.1總線的概念和結(jié)構(gòu)222
8.1.1總線基本概念222
8.1.2總線分類223
8.1.3總線的特性及性能指標(biāo)224
8.1.4總線結(jié)構(gòu)225
8.2總線標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)229
8.2.1總線標(biāo)準(zhǔn)229
8.2.2新一代總線技術(shù)231
8.3總線控制233
8.3.1判優(yōu)控制233
8.3.2通信控制234
8.4本章小結(jié)236
8.4.1內(nèi)容總結(jié)236
8.4.2常見問題237
8.4.3思考題238
第9章I/O系統(tǒng)和交互接口/239
9.1I/O系統(tǒng)的概念與組成239
9.1.1I/O系統(tǒng)基本概念239
9.1.2I/O系統(tǒng)基本組成240
9.2I/O設(shè)備基本組成240
9.2.1輸入設(shè)備與其工作原理240
9.2.2輸入方式242
9.2.3輸出設(shè)備與其工作原理244
9.2.4輸出方式248
9.3I/O設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式249
9.3.1程序查詢方式249
9.3.2程序中斷方式252
9.3.3DMA方式256
9.4I/O設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式259
9.4.1I/O設(shè)備編址方式260
9.4.2設(shè)備尋址261
9.4.3傳送方式261
9.4.4聯(lián)絡(luò)方式261
9.5I/O接口262
9.5.1I/O接口基本組成和主要功能262
9.5.2I/O接口類型263
9.6人機(jī)交互接口267
9.6.1基礎(chǔ)人機(jī)交互接口267
9.6.2新一代人機(jī)交互接口269
9.7本章小結(jié)270
9.7.1內(nèi)容總結(jié)270
9.7.2常見問題271
9.7.3思考題271
第10章交互計(jì)算的決策——控制單元/272
10.1微操作命令的分析272
10.1.1取指周期272
10.1.2間址周期273
10.1.3執(zhí)行周期273
10.1.4中斷周期275
10.2控制單元的功能275
10.2.1控制單元的外特性275
10.2.2控制信號(hào)舉例276
10.2.3多級(jí)時(shí)序系統(tǒng)279
10.2.4控制方式281
10.2.5多級(jí)時(shí)序系統(tǒng)實(shí)例分析283
10.3控制單元的設(shè)計(jì)286
10.3.1組合邏輯設(shè)計(jì)286
10.3.2微操作的節(jié)拍安排287
10.3.3組合邏輯設(shè)計(jì)的步驟287
10.4微程序設(shè)計(jì)288
10.4.1硬布線控制器與微程序控制器288
10.4.2微程序控制單元框圖及工作原理289
10.4.3微指令的編碼方式、序列地址的形成及格式291
10.4.4靜態(tài)微程序設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)微程序設(shè)計(jì)和毫微程序設(shè)計(jì)295
10.4.5串并行微程序控制和微程序設(shè)計(jì)舉例296
10.5本章小結(jié)297
10.5.1內(nèi)容總結(jié)297
10.5.2常見問題298
10.5.3思考題298
第11章智能芯片和AI大模型/300
11.1算力芯片的架構(gòu)300
11.1.1通用架構(gòu)301
11.1.2高性能計(jì)算架構(gòu)304
11.1.3AI專用架構(gòu)312
11.2AI大模型319
11.2.1AI開發(fā)框架與開發(fā)平臺(tái)319
11.2.2AI大模型的應(yīng)用領(lǐng)域331
11.2.3DeepSeek開源大模型引領(lǐng)技術(shù)突破334
11.2.4AI大模型的挑戰(zhàn)與未來發(fā)展335
11.3鯤鵬系列處理器337
11.3.1架構(gòu)和特點(diǎn)337
11.3.2鯤鵬系列芯片338
11.3.3鯤鵬在人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用339
11.4本章小結(jié)340
11.4.1內(nèi)容總結(jié)340
11.4.2常見問題341
11.4.3思考題341
第12章新一代智能交互計(jì)算系統(tǒng)/342
12.1無人駕駛和智能交通系統(tǒng)342
12.1.1無人駕駛系統(tǒng)342
12.1.2AI大模型賦能智能交通系統(tǒng)352
12.2智能服務(wù)機(jī)器人355
12.2.1服務(wù)機(jī)器人的類別356
12.2.2通用人形機(jī)器人358
12.2.3未來人形機(jī)器人的重要市場(chǎng)363
12.3具身智能364
12.3.1具身機(jī)器人的控制單元366
12.3.2具身機(jī)器人的算力和存儲(chǔ)366
12.3.3具身機(jī)器人的大模型370
12.3.4具身機(jī)器人的未來展望375
12.4本章小結(jié)379
12.4.1內(nèi)容總結(jié)380
12.4.2常見問題380
12.4.3思考題381