自己设计制作CPU与单片机

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《自己设计制作CPU与单片机》是2014年9月人民邮电出版社出版的图书，作者是姜咏江。

中文名

自己设计制作CPU与单片机

作    者

姜咏江丛书名

图灵原创

出版社

人民邮电出版社

自己设计制作CPU与单片机编辑推荐

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这是一本非常有趣、激动人心的书。本书带你进入此前难以想象的领域——自己设计制作 CPU 与计算机。看完这本书，你会强大到连你自己都感到害怕。

不亲自设计 CPU 的人很难以理解计算机的真谛。

基础上不能与人并驾齐驱，永远不要谈超越别人。

从精简指令系统 RISC ，到复杂指令系统 CISC ；

从原理图设计，到硬件编程；

从人机交互设计，到操作系统内核设计；

从无，到有，设计属于你自己的 CPU 与单片机。

去做一件看似不可能的事，才能知道你的极限在哪里。

自己设计制作CPU与单片机出版信息

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ISBN ： 9787115364692

上架时间： 2014-8-28

出版日期： 2014 年 9 月

开本： 16 开

版次： 1-1

所属分类：计算机 > 计算机组织与体系结构 > 微处理器 /CPU

计算机 > 计算机组织与体系结构 > 单片计算机

自己设计制作CPU与单片机内容简介

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这是一本为有志于计算机 cpu 设计的人员所写的书，不论你是狂热的发烧友，还是精明的计算机专业工作者。

《自己设计制作 cpu 与单片机》以作者几十年学习设计制作 cpu 与通用单片机的经历，来告诉你如何从无到有地设计属于你自己的 cpu 和可以运行用户程序的单片机。书中以作者的十几个 cpu 设计工程为主线，展示了精简指令系统 risc 和复杂指令系统 cisc 计算机 cpu 的设计方法。既有硬件编程，又有原理图设计，适合软硬件人员学习计算机核心技术之用。

《自己设计制作 cpu 与单片机》中通过实例告诉读者，如何创造性地进行计算机高端产品 cpu 的立意和设计，介绍了人机交互和操作系统内核的设计方法。这是一本对要全面掌握计算机高端技术的人员而言必读的 cpu 设计制作之书。

自己设计制作CPU与单片机作者简介

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姜咏江

1945 年出生。副教授。中国计算机学会和中国电子学会高级会员。

从事数学、计算机理论、微体系结构、操作系统方向研究。

自己设计制作 CPU 与单片机多台。

自己设计制作CPU与单片机目录

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《自己设计制作 cpu 与单片机》

上篇　 cpu 设计制作入门

第1章　自己就能设计制造 cpu 2

1.1 　自己设计制作 cpu 有啥意义 2

1.2 　我设计制作 cpu 的经历 4

1.3 　电子电路设计制作的新变化 8

1.4 　自己设计 cpu 的条件 8

1.5 　创新 cpu 设计的意义 9

第 2 章　进入硬件设计的天地 11

2.1 　搭建自己的制造工厂 11

2.1.1 　安装你的设计制造工具 11

2.1.2 　获得开工许可证 12

2.1.3 　熟悉如何建立设计工程 14

2.2 　设计制造 cpu 需要热身 17

2.2.1 　初学硬件编程的例子 17

2.2.2 　程序书写的要点你知道吗 20

2.2.3 　程序就是硬件吗？ 22

2.2.4 　怎样知道自己设计的对与错 23

2.2.5 　掌握仿真测试小工具 31

2.2.6 　看看自己设计的转换图 33[1]

自己设计制作CPU与单片机前言

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“能不能自己设计制作一台计算机？”

现在，我可以肯定地回答你：“能！”

计算机发展到今天，几乎已经是无处不用了。然而谈起中国人自己制造计算机的问题，未免还有些气短。特别是计算机的灵魂 CPU ，一色都是国外制造的，就是有人说某 CPU 是中国人制造的，你也未必相信，最好的回答恐怕也是“山寨”或者仿造。

什么我们自己不能够制造 CPU ？这涉及到 CPU 的设计理论方法和超大规模集成电路制造技术。据最新的报导，我国已经掌握了 22 纳米的超大规模集成电路生产工艺，看来很快就会有真正国内生产的 CPU 芯片问世。

说到 CPU 设计，关键要有理论和设计实践环境。长时间以来，我们既缺先进的设计理论，又缺实现 CPU 理论的设计环境。理论需要头脑思考，只要我们辛勤认真地学习和思考，理论问题就能够解决，关键的是实现 CPU 设计的环境与工艺技术。可以说 CPU 设计环境和工艺技术阻碍了我国微电子工业的发展。现在这个问题应该说已经解决了。十几年前发展起来的 FPGA 芯片，使这一切都变得简单了。 FPGA 的出现标志着一个全新的个人设计制作 CPU 芯片的时代到来了。

从进入计算机领域的那一天开始，我就无时无刻不在梦想自己制造一台计算机。这一梦想在 2006 年终于成为了现实。我不但设计出了完全属于自己的 CPU ，还亲手制作了以自己的 CPU 为中心的通用单片机。一般的单片机不能随时运行用户程序，而我制作的单片机可以在运行过程中，随时输入用户程序执行。专用计算机和通用计算机的根本区别就在于能否执行用户程序。

一晃 8 年的时间过去了。很高兴地看到想要自己设计制作 CPU 与计算机的人越来越多。这期间向我询问个人设计制作 CPU 技术的人也多了起来，所以我决定将自己的心得体会写出来，希望能够快速地营造一个自己设计制作 CPU 与计算机的氛围，希望我国的计算机高端理论和技术能够快速发展。

本书是我三十几年从事计算机教学与科研的经验总结，其中包含多个自己设计的 CPU 实例。既有复杂指令系统的 CPU ，也有流水线一类精简指令系统的 CPU ，特别是还有我自己发明的动态 CPU 的设计。这些设计工程实例，既有复杂一些的，也有简单的。这样做的目的，是想让那些资深的计算机技术人员和那些资历尚浅的计算机 CPU 设计爱好者，都能够在本书中获得一些启迪，增加他们投身到计算机高端领域的兴趣。

本书共分三大部分：

上篇叫做 CPU 设计制作入门。其中主要介绍用硬件编程语言如何来设计制作 CPU 与单片机。这一部分主要以精简指令格式的 CPU 设计为主。由浅入深，有简单 CPU 设计、通用 CPU 与单片机设计制作、流水线 CPU 设计、通用流水线 CPU 与单片机设计制作、透明三级流水线 CPU 与单片机制作等。

中篇叫做深入 CPU 设计。这一部分对计算机 CPU 设计的理论和方法作了深入地介绍和讨论，从源头上来解决 CPU 设计的基础理论和技术，重点介绍原理图方式设计 CPU 的技术和方法。这样做的目的是能对初学 CPU 设计的读者给予理论上的指导，同时力求对那些有创新 CPU 设计能力的读者有所帮助。这一部分主要包括：

( 1 )计算机 CPU 设计原理和方法，重点给出了限位记数法和对称制，它们是机器计算的重要理论和设计的重要依据；

( 2 )构成 CPU 的各种元器件设计方法与实际设计，特别给出了定点数加、减、乘、除和浮点数加减法运算器的设计，这些运算器都能够实现超长数的运算；

( 3 )给出了 PMC110 计算机基础型和带液晶屏单片机设计的工程实例，重点介绍如何用原理图设计通用计算机的内外结构，液晶屏设备的使用及 CPU 与外设异步通信的基本方法；

( 4 )给出了动态计算机 PMC362 的设计思想与设计方法等。

下篇叫做自己制作单片机。这一部分主要介绍通用单片机如何制作。其中包括带有 FPGA 的计算机电路板设计、器件选择、设备安装、工程下载等一系列设计制作方法。通过这一部分内容论述，让读者能够成为一个可以独立运行的单片机的制造者。

CPU 设计制造之所以被称为“高科技”，在于它所涉及的知识和技术领域较广，所以使一些想涉猎这一领域的人望而却步。什么复杂的 CPU 设计、什么高深的操作系统设计，通过本书你会看到，原来这一切也不过是如此而已！

书中令作者十分得意的有三点：

第一是限位数与对称制理论，它在补码制的基础上，完善了机器精确计算的理论和方法；

第二是动态 CPU的设计理论和方法，这一发明是对以进程线程方法进行程序运行和调度，以系统软件管理内存的运行方式发出了挑战，进而发出了“减少软件消耗”的呼声；

. 第三是让读者一下子就能够接触到操作系统内核，用简单的十几条指令，就能让读者体会到操作系统的本意。

书中许多内容都是作者的独创，虽然这些内容有些距离市场应用还有相当的距离，但其中所揭示的理论和方法却是最直接的。发展一下，进入市场是指日可待的事情。就我个人几十年的设计体会来说，这方面的东西未必像一些人所描述的那样高深莫测，在 FPGA 器件和电子设计自动化软件 EDA 存在的条件下，有志趣的高中生都可以自己将 CPU 设计出来。

但愿我所写的这本抛砖引玉的书，能够吸引我国更多的年轻人投入到 CPU 与计算机的设计领域中来！

姜咏江

2014 年 1 月 12 日

参考资料

1.

自己设计制作CPU与单片机

．豆瓣读书[引用日期2018-10-12]