本书把指令集体系结构作为微处理器设计的基础，重点讨论微体系结构。适用于具备计算机高级语言程序设计、计算机组成原理、计算机体系结构和编译原理的基础知识，并希望对微处理器做进一步了解的读者。

 微处理器(Microprocessor)是仅由一片超大规模集成电路组成的中央处理器。在三十年的发展过程中，微处理器的性能以每年近30％的速度增长。伴随着性能的提高，其应用在各个领域取得了巨大的成功和发展，产生了良好的经济效益和社会效益。应用的发展要求微处理器提供更高的性能，推动了微处理器技术与结构的研究不断深入。

《高性能微处理器：技术与结构》一书就是在这样一个背景下编写的。

目的

本书希望能全面地讨论高性能微处理器的关键技术和体系结构，以总结微处理器发展的一般规律，并分析未来的设计方向。

近年来，伴随着微型计算机的普及，微处理器引起了广大科技人员的关注。国内对微处理器的介绍和评论也越来越多，它们对普及微处理器的基本知识起到了一定的作用，然而对专业研究人员来讲，却不够全面和深入，甚至影响了初学者对微处理器的整体认识。本书编写的第一个目的，就是希望能够全面地讨论高性能微处理器的方方面面，给读者提供一个微处理器的整体概念。

进入20世纪90年代，随着RISC技术的流行，国内出版了很多关于RISC微处理器的著作。然而微处理器的发展已进入后RISC时期，更多、更新、更好的技术和产品不断涌现，微处理器的研究进入了新的阶段。本书编写的第二个目的就是消化和吸收最新的研究成果。

作者在计算机体系结构和微处理器设计领域从事教学和科研工作已经有了很长的一段时间，其间遇到了很多的困难，也积累了一些资料和经验，希望能够总结一下近些年来的研究成果和经验教训，也为感兴趣的读者提供一些有价值的参考资料。这是本书编写的第三个目的。

主题

《高性能微处理器：技术与结构》的书名就是本书的主题。所谓技术，是指在劳动生产方面的经验、知识和技巧，也泛指其他方面的操作技巧。而结构，是指组成整体的各部分的搭配和安排。

我们这里讨论的技术是指提高微处理器性能的经验和技巧，它们大多是为解决某一个特定问题而提出的，比如分支处理技术、指令调度技术、降低延迟技术等。当然，每一个问题都有多种解决方法，我们把相同目的的技术放在一起介绍，并予以分析讨论。

我们这里讨论的结构是指微处理器的体系结构。经典的关于“计算机体系结构”的定义是1964年C.M.Amdahl在介绍IBM360系统时提出的：计算机体系结构是程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。微处理器作为计算机的心脏，其体系结构包含两个层次：即指令集体系结构和微体系结构。前者指的是微处理器的指令系统、数据表示、寄存器定义等，这是硬件与软件分界的界面。后者是指微处理器的实现结构，比如超标量结构、流水线结构等。本书把指令集体系结构作为微处理器设计的基础，而重点讨论微体系结构。

内容

本书共12章，分为三大部分。

第一部分为基础篇，介绍高性能微处理器的基础知识和基本原理，分为4章。

第1章微处理器发展概论：概述了微处理器发展的历程，总结了微处理器发展的动力、目标和手段。

第2章微处理器性能评价：介绍微处理器性能评价的一般模型和基准程序等知识。

第3章微处理器中的并行性：介绍微处理器中各种并行性以及实现要素。

第4章微处理器指令集系统：介绍指令系统设计的一般原则和相关知识。

第二部分为技术篇，介绍提高微处理器性能的经验和技巧，分为3章。

  第5章指令调度：介绍调度指令，开发指令级并行性的软硬件方法。

第6章分支处理：介绍克服分支开销的软硬件技术。

第7章存储器访问延迟处理：介绍降低访存延迟，提高程序执行效率的软硬件方法。

第三部分为结构篇，介绍微处理器的微体系结构，分为5章。

第8章流水线结构：介绍一般流水线和超流水线的结构和实例。

第9章向量处理器与SIMD处理器：介绍向量处理器和SIMD处理器的典型结构和通用微处理器的扩展。

第lO章ILP处理器：介绍超标量、超长指令字、显式并行指令计算的典型结构和实例。

第11章多线程与多处理器芯片：介绍开发更高级并行性的典型结构和实例。

第12章微处理器发展展望：分析微处理器的发展方向。

本书最后列出了参考文献和术语表。

读者

本书适用于具备计算机高级语言程序设计、计算机组成原理、计算机体系结构和编译原理的基础知识，并希望对微处理器做进一步了解的读者。不具备上述知识的读者可以先阅读第一部分，但在阅读第二、三部分时可能会遇到困难，请参看相关资料。图0-1给出了本书的导读。

本书的编写得到了欧国东、张承义、孙彩霞、高军、李暾、王蕾、鲁健壮、马卓、邓晴莺、张明、屈双喜、焦永、宋鑫等的帮助，在此表示深切谢意。

本书的编写得到国家自然科学基金(60273069)、国家863计划(2002AA11101)的资助。

由于作者的水平和经验有限，书中必有错误和不当之处，恳请读者批评指正。

作者

2003年9月