龙芯团队《计算机体系结构基础》（第三版）

这是龙芯团队胡伟武老师等人编写的《计算机体系结构基础》（第三版）的开源版本。本书纸质版本由机械工业出版社发行，前两版可以通过各种常规渠道购买，第三版纸质版本也即将发行。（纸质版还没有发行，电子版已经有了，这就是开源的力量！）

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(图为第2版封面）

内容提要

本书由从事微处理器设计的一线科研人员编写而成。作者从微处理器设计的角度出发，充分考虑计算机体系结构的学科完整性，强调体系结构、基础软件、电路和器件的融会贯通。全书共分12章，包括指令系统结构、计算机硬件结构、CPU微结构、并行处理结构、计算机性能分析等主要内容，重点放在作为软硬件界面的指令系统结构，以及包含CPU、GPU、南北桥协同的计算机硬件结构。本书可作为高等学校“计算机体系结构”课程的本科生教材，同时也适合相关专业研究生或计算机技术人员参考阅读。

第三版序

在中国科学院大学讲授“计算机体系结构基础”课程五年以来，发现了《计算机体系结构基础》教材不少值得改进的地方。除了修订第2版的一些错误，这次第3版的主要改进内容包括以下三个方面。

一是加强计算机软硬件协同方面的内容。如第4章对应用程序二进制接口（Application Binary Interface，简称ABI）的描述更加清楚，增加了操作系统中关于用户程序地址空间分布的内容，并介绍了函数调用、例外处理、系统调用、线程切换、进程切换和虚拟机切换等六种场景的现场保留和恢复过程，希望读者可以通过上述过程更深入地了解计算机系统软硬件的配合。又如第7章在介绍计算机系统启动过程时把串口作为一只“麻雀”进行解剖，希望读者可以借此了解CPU对IO设备的访问与对内存的访问的不同。这样的地方还有不少。

二是对部分内容进行调整以使之更完整和适用。如第3章的特权指令系统部分，从例外、中断、存储管理等方面更详细地分析了操作系统内核专用的特权指令系统的内容。第12章的性能分析部分，在详细介绍Perf性能分析工具的基础上去掉了对Oprofile性能分析工具的介绍，适当缩减了性能测试与分析的具体案例内容，突出基准程序性能测试、Perf微结构数据统计和微测试程序（Microbench）等不同角度的方法与工具在性能分析工作中的应用。

三是在指令系统举例时使用LoongArch指令系统而不是MIPS指令系统。LoongArch是由龙芯团队在2020年推出的新型RISC指令系统。该指令系统摒弃了传统指令系统中部分不适应当前软硬件设计技术发展趋势的陈旧内容，吸纳了近年来指令系统设计领域诸多先进的技术发展成果，有助于硬件实现高性能低功耗的设计，也有利于软件的编译优化以及操作系统、虚拟机的开发。

一门课程的成熟往往需要十年时间。上述根据五年的教学经验进行的修改肯定还不够，需要在未来的教学工作中继续进行改进。

胡伟武

2021年6月29日

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(龙芯)

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