CPU自製入門 pdf epub mobi txt 電子書 下載2025

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一直以來CPU內部是絕大多數IT工程師難以觸及的領域。縱使學習過計算機架構相關課程，自己動手實現CPU也始終遙不可及，因為這涉及計算機係統的最底層——芯片設計。而近年來FPGA芯片産品的發展與普及打破瞭這一阻礙，利用內部電路可重編程的FPGA，我們幾乎可以實現任何邏輯電路，自然也包括CPU。

本書就是在這樣一個背景下孕育而生的。本書利用FPGA，為讀者開啓瞭一個嶄新的自製CPU的世界。全書分為3章，分彆介紹計算機係統最底層的3個部分：CPU設計製作、電路闆設計製造以及匯編編程。將如此廣泛的技術內容以實踐的方式融閤成一冊，該書可謂首屈一指。

本書可以幫助軟件工程師深入瞭解硬件與底層，開發齣高效代碼。硬件工程師可以在本書基礎上設計定製硬件，開發高速計算機係統。相信所有讀者都可以在本書的閱讀過程中，體會到自製計算機係統的樂趣與熱情。

作者簡介：

水頭 一壽（KAZUTOSHI SUITOU）

慶應義塾大學碩士畢業。現在在慶應義塾大學攻讀博士學位。目前從事實時嵌入式係統的係統LSI相關研究和開發。興趣為音樂、攝影、自行車等。在RESPON小組擔任邏輯設計工作。

米澤 遼（RYO YONEZAWA）

慶應義塾大學碩士畢業後，進入東芝株式會社半導體與存儲子公司工作。目前從事高速串行接口IP的開發。興趣為電子製作、傢庭服務器管理等。在RESPON小組擔任電路闆設計與封麵設計工作。

藤田 裕士（YUJI FUJITA）

慶應義塾大學碩士畢業後，進入日本電氣株式會社工作。目前從事固件開發工作。興趣為音樂欣賞、吉他演奏等。在RESPON小組擔任軟件設計工作。

譯者簡介：

趙謙

2007年於青島科技大學取得學士學位。2008年至今在日本熊本大學攻讀博士學位。目前從事容錯性FPGA架構及其CAD相關研究與開發。在FPGA領域著名國際會議FPGA、FPL以及ICFPT等發錶過多篇學術論文。

第1章　CPU的設計與實現　　1
1.1 　　序　　2
1.2 　　計算機係統　　4
1.2.1 　什麼是計算機　　4
1.2.2 　什麼是CPU　　5
專欄 　CPU的位寬　　8
1.2.3 　什麼是內存　　8
1.2.4 　什麼是I/O　　9
專欄 　字節序　　10
1.2.5 　什麼是總綫　　12
專欄 　總綫的優缺點　　14
1.2.6 　小結　　14
專欄 　計算機相關書籍　　14
1.3 　　數字電路基礎　　15
1.3.1 　什麼是數字電路　　15
1.3.2 　數值錶達　　15
1.3.3 　有符號二進製數　　16
專欄 　比特和字節　　17
專欄 　1K字節有多大　　17
1.3.4 　MOSFET的結構　　17
1.3.5 　邏輯運算　　19
1.3.6 　CMOS基本邏輯門電路　　20
1.3.7 　存儲元件　　21
專欄 　建立時間與保持時間　　24
1.3.8 　組閤電路和時序電路　　25
1.3.9 　時鍾同步設計　　25
1.3.10 　小結　　25
專欄 　數字電路相關書籍　　25
1.4 　　Verilog HDL語言　　26
1.4.1 　什麼是Verilog HDL　　26
1.4.2 　電路描述　　27
專欄 　默認網絡類型　　32
專欄 　組閤電路描述中鎖存器的推定與Don’t care　　37
專欄 　正邏輯與負邏輯　　42
1.4.3 　電路仿真　　43
專欄 　同步電路中信號變化的時序　　45
1.4.4 　Verilog HDL的仿真環境　　50
1.4.5 　小結　　56
專欄 　Verilog HDL相關書籍　　56
1.5 　　係統藍圖　　57
1.5.1 　目標係統整體介紹　　57
1.5.2 　關於本章中的代碼　　58
專欄 　字編址與字節位移　　62
1.6 　　總綫的設計與實現　　63
1.6.1 　總綫的設計　　63
1.6.2 　總綫的實現　　66
1.6.3 　小結　　78
1.7 　　存儲器的設計與實現　　79
1.7.1 　FPGA的RAM區域　　79
1.7.2 　ROM的設計與實現　　81
1.7.3 　小結　　83
專欄 　存儲器相關書籍　　83
1.8 　　AZ Processor的設計與實現　　84
1.8.1 　關於CPU　　84
專欄 　CPI和MIPS值　　93
1.8.2 　AZ Processor的設計　　93
專欄 　指令集架構與微架構　　105
1.8.3 　AZ Processor的實現　　106
1.8.4 　小結　　159
專欄 　計算機架構相關書籍　　159
1.9 　　I/O的設計與實現　　162
1.9.1 　定時器　　162
1.9.2 　UART　　167
專欄 　UART實例　　168
1.9.3 　GPIO　　181
1.9.4 　小結　　188
專欄 　I/O相關書籍　　188
1.10 　　AZPR 　SoC整體連接　　189
1.10.1 　各模塊的連接　　189
1.10.2 　時鍾模塊的實現　　191
1.10.3 　頂層模塊的實現　　193
1.10.4 　小結　　193
1.11 　　AZPR SoC的仿真　　194
1.11.1 　仿真模型的編寫　　194
1.11.2 　Testbench的編寫　　197
1.11.3 　執行仿真　　200
1.11.4 　小結　　201
1.12 　　本章總結　　202
第2章 　　電路闆的設計與製作　　203
2.1 　　序　　204
2.2 　　電路闆規格206
2.2.1 　電路闆名稱　　206
2.2.2 　電路闆的構成　　206
2.2.3 　電路闆尺寸　　206
2.2.4 　電路闆層數　　207
2.2.5 　FPGA選型　　207
2.2.6 　外圍電路的選定　　208
專欄 　關於FPGA　　209
專欄 　關於JTAG　　211
2.3 　　元件選型　　212
2.3.1 　元件選型標準　　212
2.3.2 　元件選型　　212
2.3.3 　元件的選購　　218
2.4 　　電路設計　　221
2.4.1 　下載規格書　　222
2.4.2 　配置電路　　223
2.4.3 　外圍電路　　228
2.4.4 　電源電路　　232
2.4.5 　電路闆設計環境　　234
2.4.6 　使用Eagle設計電路圖　　236
專欄 　關於ULP　　241
專欄 　Eagle使用方法相關的書籍/說明書　　241
2.4.7 　完成的電路圖　　241
2.5 　　布局設計　　247
2.5.1 　電路闆設計約束條件及布綫策略　　247
2.5.2 　FPGA闆的布局設計　　248
2.5.3 　電源闆的布局設計　　252
2.5.4 　使用Eagle布局　　254
2.5.5 　完成的布局　　259
2.6 　　製作元件庫261
2.6.1 　製作Symbol　　261
2.6.2 　製作Package　　263
2.6.3 　製作Device　　264
2.7 　　電路闆3D模型　　269
2.7.1 　軟件使用說明　　269
2.7.2 　準備3D模型庫　　271
專欄 　關於3D模型庫的管理　　278
2.7.3 　製作電路闆模型　　279
2.8 　　製作感光闆電路闆　　280
2.8.1 　整體流程　　280
2.8.2 　製作光罩　　282
2.8.3 　粘閤光罩　　284
2.8.4 　曝光　　285
2.8.5 　顯像　　288
2.8.6 　蝕刻　　289
2.8.7 　阻焊劑　　291
2.8.8 　開孔　　296
2.8.9 　在背麵安裝VPort接頭時的處理　　298
2.8.10 　製作通孔　　299
2.8.11 　飛綫　　300
2.9 　　使用電路闆製造服務　　302
2.9.1 　電路闆製造服務　　302
2.9.2 　DRC　　302
2.9.3 　輸齣Gerber數據　　305
2.9.4 　檢查Gerber數據　　306
專欄 　執行DFM檢查的方法　　309
專欄 　阻焊層遮罩的印刷設置　　312
2.9.5 　嚮P闆.com公司下單製闆　　312
專欄 　拼闆數據的準備　　314
2.9.6 　嚮OLIMEX公司下單製闆　　318
2.10 　　組裝電路闆　　321
2.10.1 　電源闆　　321
2.10.2 　組裝FPGA闆　　321
2.11 　　功能測試　　323
2.11.1 　識彆FPGA　　323
2.11.2 　診斷程序　　323
2.12 　　本章總結　　326
第3章 　　編程　　327
3.1 　　序　　328
3.2 　　開發環境　　329
3.2.1 　準備工作　　329
3.2.2 　FPGA開發環境　　330
3.2.3 　ISE WebPACK　　331
3.2.4 　UrJTAG　　359
專欄 　cblsrv-0.1_ft2232　　370
3.2.5 　交叉匯編程序　　370
3.2.6 　第一個程序　　376
3.3 　　串口通信　　381
3.3.1 　安裝Tera 　Term　　381
3.3.2 　編寫程序　　382
專欄 　子程序　　388
專欄 　ASCII碼　　389
3.3.3 　執行程序　　390
3.4 　　程序加載器　　391
3.4.1 　XMODEM協議　　391
3.4.2 　編寫程序　　393
3.4.3 　編寫加載測試程序　　402
3.4.4 　執行程序　　403
3.5 　　中斷與異常　　406
3.5.1 　什麼是中斷　　406
3.5.2 　編寫程序　　410
3.5.3 　執行程序　　414
3.5.4 　什麼是異常　　415
3.5.5 　編寫程序　　415
3.5.6 　執行程序　　419
3.6 　　七段數碼管　　420
3.6.1 　什麼是七段數碼管　　420
3.6.2 　七段數碼管的控製　　420
3.6.3 　七段數碼管計數器概要　　422
3.6.4 　編寫程序　　423
3.6.5 　執行程序　　428
3.7 　　製作一個實用程序　　429
3.7.1 　功能概要　　429
3.7.2 　製作程序　　433
3.7.3 　執行程序　　446
3.8 　　結語　　447
謝辭　　448
後記　　449
版權聲明　　450
· · · · · · (收起)