本书为一本融合计算机体系结构基本原理和SoC设计实践的专业教材，包含基础理论知识和嵌入式SoC开发实验。基础理论知识部分深入浅出地阐述计算机体系结构领域的关键技术和发展趋势，涵盖指令集基本原理、流水线技术、存储与I/O系统、SoC设计与嵌入式操作系统等核心知识。嵌入式SoC开发实验部分以工业级处理器和SoC案例为依托，从体系结构仿真、处理器RTL仿真、SoC集成到FPGA硬件验证，系统地呈现嵌入式系统开发的全流程。全书将实践内容与理论知识紧密结合，紧跟产业前沿，融合真实的开源工业级处理器设计细节，并附有微课视频讲解，力求使读者在实践中了解处理器和SoC设计的核心原理和行业发展动态。
本书主要针对学习计算机体系结构相关课程的本科生、研究生，也可作为电子信息领域相关从业者的学习用书或参考教材。

韩军，复旦大学教授，中国计算机学会计算机工程与工艺专业委员会常务委员及教育工作组组长、复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室IP与芯片架构创新中心主任、国家重点研发计划“光电子与微电子器件及集成”重点专项“高能效人机交互芯片技术”项目首席科学家、国家自然科学基金重点项目负责人。以第一作者和通信作者在国内外重要的学术期刊与会议上发表论文90篇，获30项国家发明专利。担任《电子学报》、Microelectronics Journal和Chinese Journal of Electronics编委会委员。长期致力于开展处理器架构与系统芯片的产学合作。

第1章 计算机体系结构简介
1.1 计算机的过去，现在和未来
1.1.1 计算机的历史回顾
1.1.2 计算机的发展现状
1.1.3 计算机的未来趋势
1.2 计算机体系结构的定义
1.2.1 ISA
1.2.2 微架构
1.2.3 硬件实现
1.3 主流ISA介绍
1.3.1 ISA的诞生
1.3.2 CISC架构指令集
1.3.3 RISC架构指令集
1.4 案例学习：平头哥C910处理器介绍
1.4.1 平头哥公司介绍
1.4.2 玄铁C910简介
1.4.3 玄铁C910的处理器微架构
1.4.4 玄铁C910的工作模式
1.5 本章小结
第2章 指令集基本原理
2.1 指令集的发展历史与分类
2.1.1 CISC和RISC之争
2.1.2 指令集的分类
2.2 指令寻址模式
2.2.1 指令的组成
2.2.2 常见的指令寻址模式
2.3 数据类型与指令操作
2.3.1 RISC-V指令集的数据类型
2.3.2 指令操作分类
2.3.3 控制流指令
2.4 指令集编码
2.4.1 可变长度编码与固定长度编码
2.4.2 操作码的编码
2.4.3 RISC-V的指令编码
2.5 特权等级与CSR
2.5.1 特权等级
2.5.2 RISC-V指令集的CSR
2.6 指令集的ABI规定
2.7 案例学习：平头哥C910处理器的自定义指令
2.7.1 Cache指令子集
2.7.2 多核同步指令子集
2.7.3 算术运算指令子集
2.7.4 位操作指令子集
2.7.5 存储指令子集
2.8 本章小结
第3章 处理器流水线结构
3.1 实现RISC指令集的典型硬件结构
3.1.1 微架构与指令集的关系
3.1.2 RV32I指令集的数据通路
3.2 基础流水线
3.2.1 流水线的基本概念
3.2.2 基础流水线的性能分析
3.3 流水线冲突
3.3.1 结构冲突（structural hazard）
3.3.2 控制冲突（control hazard）
3.3.3 数据冲突（data hazard）
3.4 前馈
3.5 乱序执行和超标量流水线
3.5.1 基础流水线的性能瓶颈
3.5.2 多发射（multiple issue）技术与超标量（superscalar）技术
3.5.3 乱序执行与动态调度
3.5.4 重排序缓冲区（reorder buffer，ROB）
3.5.5 寄存器重命名和Tomasulo算法
……
第4章 计算机存储系统
第5章 计算机I/O系统
第6章 SoC设计
第7章 嵌入式操作系统
第8章 体系结构仿真器实验
第9章 RTL的SoC平台仿真实验
第10章 基于FPGA的SoC板级测试实验
参考文献