Raspberry Pi的誕生，深受20世紀80年代價格相對低廉的高度可編程計算機(以及它們對英國高新技術產生的影響)的啟發(fā)，它激勵新一代程序設計師并為他們提供準入平臺。經濟成本和技術門檻的可接受性，使得Raspberry Pi成為學習計算機工作原理的理想工具?！妒褂肦aspberry Pi學習計算機體系結構》將會是你整個Raspberry Pi內幕發(fā)現之旅的私人指南，也將成為你學習由Raspberry Pi完美詮釋的知識庫的專業(yè)級教練。作者Eben Upton和Jeff Duntemann是理想的導師：作為Raspberry Pi的共同創(chuàng)始人，Upton展現出他的深刻洞察力；Dunteman則將復雜的技術知識凝練為易于理解的解釋。以Raspberry Pi這塊信用卡般大小的計算機(正在革新編程世界)的體系結構為基礎，Upton和Duntemann共同提供了隱藏在所有計算機背后的技術的專業(yè)級指導。
　　《使用Raspberry Pi學習計算機體系結構》按部就班地講解每個組件，包括組件能做什么、為何需要它、該組件與其他組件的關系，以及組件創(chuàng)建過程中設計者面臨的選擇等。從內存、存儲器和處理器，到以太網、相機和音頻。Upton和Duntemann相互合作，確保讀者扎實理解Raspberry Pi的內部結構及其整體上與計算背后的技術之間的關系。

　　《使用Raspberry Pi學習計算機體系結構》能幫助讀者
　　■　了解Raspberry Pi每個部分的設計目的
　　■　理解不同組件之間的交互方式
　　■　深入了解系統(tǒng)設計的完整過程
　　■　學習程序設計原理
　　■　觀察硬件和操作系統(tǒng)之間的相互作用
　　■　深入研究ARM芯片背后的機制
　　■　比較和對照不同的芯片，從ARM到Intel

　　Eben Upton是Raspberry Pi基金會的創(chuàng)始人，也是該基金會旗下的貿易部門RaspberryPi(貿易)有限公司的CEO，他與Gareth Halfacree合著了Raspberry Pi User Guide一書。Eben早年創(chuàng)辦了兩家成功的移動游戲和中間件公司(Ideaworks 3d 和Podfun)，還曾擔任劍橋大學圣約翰學院計算機科學的教學主管，并和他的父親Clive Upton教授一起編寫了牛津詩韻詞典(Oxford Rhyming Dictionary)。Eben在劍橋大學獲得了物理學和工程學學士學位以及計算機科學博士學位，還獲得了工商管理碩士學位。

　　Jeff Duntemann從1974年就開始出版各種技術類和科幻類出版物。它是Xerox公司的程序師，同時還擔任Ziff-Davis出版社和Borland國際軟件公司的技術編輯。他編輯發(fā)行了兩份程序師雜志，在其名下有20本技術性書籍，包括*暢銷的Assembly Language Step ByStep一書。在Dr. Dobb’s Journal雜志上，Jeff連續(xù)四年撰寫“Structured Programming”專欄，并在很多雜志上發(fā)表了大量技術性文章。1989年，Jeff和他的作家伙伴Keith Weiskamp發(fā)起成立了Coriolis Group，到1998年Coriolis Group已經成為美國亞利桑那州*大的圖書出版商。Jeff對“強”人工智能表現出持久的興趣，他的絕大部分科幻著作(包括The CunningBlood和Ten Gentle Opportunities兩本小說)都在探尋強人工智能的因果邏輯。Jeff的其他興趣包括望遠鏡和風箏，他還是一位電子學和無線電業(yè)余愛好者(呼號K7JPD)。在過去的40年里，Jeff一直和妻子Carol居住在美國亞利桑那州的菲尼克斯市，陪伴他們的還有四條卷毛比雄犬。

　　Ralph Roberts是一名受過嘉獎的越戰(zhàn)老兵，在阿波羅登月工程期間供職于NASA。自從1979年在Creative Computing雜志上發(fā)表第一篇文章開始，Roberts就一直從事計算機和軟件方面的寫作。Roberts為國家出版商撰寫了超過100本書籍，以及上千篇文章和短篇小說。總而言之，他已經發(fā)售了超過2000萬字的專業(yè)內容。Roberts的*佳暢銷書包括美國*一本關于計算機病毒(美國國家電臺由此誕生了多部相關電影)的書籍，還有過去21年里反復印刷的一本烹飪食譜—— Classic Cooking with Coca-Cola，目前已經售出了50萬本。

　　Tim Mamtora是博通有限公司IC設計部門的總工程師，目前是美國GPU硬件團隊的技術帶頭人。他在移動計算機圖形學方面從事了近七年的工作，此前為模擬電視和傳統(tǒng)DSP硬件開發(fā)內部IP。Tim 擁有劍橋大學工程學碩士學位，其中第三年在馬薩諸塞州技術學院度過，在那里激發(fā)了Tim 對數字硬件設計的興趣。他對推進工程充滿激情，并專門花費時間在劍橋大學指導學生，他還在母校發(fā)表工程學機遇方面的演講。工作之余，Tim 喜歡各類體育運動、攝影以及游覽世界。

　　Ben Everard 是一位作家，也是一位播客。平時為Linux 編寫修補代碼，還喜歡擺弄機器人。本書是Everard的第二部著作，他還撰寫了Learning Python with Raspberry Pi一書(Wiley 出版社，2014)?？梢栽谕铺谸ben_everard上找到他。

第1章 計算機漫談 1
1.1 日益繽彩紛呈的Raspberry 1
1.2 片上系統(tǒng) 4
1.3 一臺令人激動的信用卡般大小的計算機 5
1.4 Raspberry Pi的功能 6
1.5 Raspberry Pi板 7
1.5.1 GPIO引腳 7
1.5.2 狀態(tài)LED 9
1.5.3 USB插口 10
1.5.4 以太網連接 10
1.5.5 音頻輸出 11
1.5.6 復合視頻 12
1.5.7 CSI攝像頭模塊連接器 13
1.5.8 HDMI 13
1.5.9 micro USB電源 14
1.5.10 存儲卡 14
1.5.11 DSI顯示連接 15
1.5.12 裝配孔 15
1.5.13 芯片 16
1.6 未來 16
第2章計算概述 19
2.1 計算機與烹飪 20
2.1.1 佐料與數據 20
2.1.2 基本操作 21
2.2 按計劃執(zhí)行的盒子 22
2.2.1 執(zhí)行和知曉 22
2.2.2 程序就是數據 23
2.2.3 存儲器 24
2.2.4 寄存器 25
2.2.5 系統(tǒng)總線 26
2.2.6 指令集 26
2.3 電平、數字及其表示 27
2.3.1 二進制：以1和0表示 27
2.3.2 手指的局限性 29
2.3.3 數量、編號和0 29
2.3.4 用于二進制速記的十六進制 30
2.3.5 執(zhí)行二進制和十六進制運算 31
2.4 操作系統(tǒng)：幕后老板 33
2.4.1 操作系統(tǒng)的功能 33
2.4.2 向內核致敬 34
2.4.3 多核 34
第3章電子存儲器35
3.1 存儲器先于計算機而存在 35
3.2 旋轉磁存儲器(Rotating Magnetic Memory)  36
3.3 磁芯存儲器 37
3.3.1 磁芯存儲器的工作過程38
3.3.2 存儲器訪問時間39
3.4 靜態(tài)隨機訪問存儲器(SRAM)  40
3.5 地址線和數據線 41
3.6 由存儲器芯片構建存儲器系統(tǒng)42
3.7 動態(tài)隨機訪問存儲器(DRAM)  45
3.7.1 DRAM的工作原理 45
3.7.2 同步DRAM和異步DRAM47
3.7.3 SDRAM列、行、Bank、Rank和DIMM 49
3.7.4 DDR、DDR2、DDR3和DDR4 SDRAM50
3.7.5 糾錯碼存儲器53
3.8 Raspberry Pi的存儲器系統(tǒng)54
3.8.1節(jié)能性54
3.8.2球柵陣列封裝55
3.9 緩存 55
3.9.1訪問的局部性56
3.9.2緩存層級56
3.9.3緩存行和緩存映射57
3.9.4直接映射59
3.9.5相聯映射61
3.9.6組相聯高速緩存62
3.9.7回寫緩存到存儲器63
3.10 虛擬存儲器 64
3.10.1虛擬存儲器概覽64
3.10.2虛擬存儲器到物理存儲器的映射65
3.10.3 深入了解存儲器管理單元66
3.10.4 多級頁表和TLB69
3.10.5 Raspberry Pi的交換問題70
3.10.6 Raspberry Pi虛擬存儲器70
第4章ARM處理器與片上系統(tǒng)73
4.1 急速縮小的CPU  73
4.1.1微處理器74
4.1.2晶體管預算75
4.2 數字邏輯基礎 75
4.2.1邏輯門75
4.2.2觸發(fā)器和時序邏輯76
4.3 CPU內部78
4.3.1分支與標志79
4.3.2系統(tǒng)棧80
4.3.3系統(tǒng)時鐘和執(zhí)行時間82
4.3.4流水線技術83
4.3.5流水線技術詳解84
4.3.6深入流水線以及流水線阻塞86
4.3.7 ARM11 中的流水線88
4.3.8 超標量執(zhí)行89
4.3.9 基于SIMD的更多并行機制90
4.3.10 字節(jié)序92
4.4 CPU再認識：CISC與RISC  93
4.4.1 RISC的歷史95
4.4.2 擴展的寄存器文件95
4.4.3 加載/存儲架構 96
4.4.4 正交的機器指令96
4.4.5 獨立的指令和數據高速緩存97
4.5 源于艾康的ARM  97
4.5.1微架構、內核及家族98
4.5.2 出售設計許可而非成品芯片98
4.6 ARM11  99
4.6.1 ARM指令集99
4.6.2 處理器模式102
4.6.3 模式和寄存器103
4.6.4 快速中斷107
4.6.5 軟件中斷108
4.6.6 中斷優(yōu)先級108
4.6.7 條件指令執(zhí)行109
4.7 協(xié)處理器  111
4.7.1 ARM協(xié)處理器接口112
4.7.2 系統(tǒng)控制協(xié)處理器113
4.7.3 向量浮點協(xié)處理器113
4.7.4 仿真協(xié)處理器114
4.8 ARM Cortex  114
4.8.1 多發(fā)和亂序執(zhí)行115
4.8.2 Thumb 2 115
4.8.3 Thumb EE  115
4.8.4 big.LITTLE 116
4.8.5 NEON SIMD協(xié)處理器 116
4.8.6 ARMv8和64位計算117
4.9 片上系統(tǒng) 118
4.9.1 博通BCM2835 SoC  118
4.9.2 第二代和第三代博通SoC 設備119
4.9.3 VLSI芯片原理119
4.9.4 流程、制程工藝和掩膜120
4.9.5 IP：單元、宏單元、內核120
4.9.6 硬IP和軟IP121
4.9.7 平面規(guī)劃、布局和布線121
4.9.8 片上通信的標準：AMBA 122
第5章程序設計 125
5.1 程序設計概述 125
5.1.1 軟件開發(fā)過程126
5.1.2 瀑布、螺旋與敏捷128
5.1.3 二進制程序設計130
5.1.4 匯編語言和助記符131
5.1.5 高級語言132
5.1.6 花樣泛濫的后BASIC 時代134
5.1.7 程序設計術語135
5.2 本地代碼編譯器的工作原理 137
5.2.1 預處理138
5.2.2 詞法分析138
5.2.3 語義分析139
5.2.4 生成中間代碼139
5.2.5 優(yōu)化139
5.2.6 生成目標代碼139
5.2.7 C編譯：一個具體示例140
5.2.8 鏈接目標代碼文件到可執(zhí)行文件145
5.3 純文本解釋程序 146
5.4 字節(jié)碼解釋語言 148
5.4.1 p-code 148
5.4.2 Java 149
5.4.3 即時編譯(JIT) 150
5.4.4 Java之外的字節(jié)碼和JIT 編譯152
5.4.5 Android 、Java和Dalvik 152
5.5 數據構建塊 152
5.5.1 標識符、關鍵字、符號和操作符153
5.5.2 數值、文本和命名常量153
5.5.3 變量、表達式和賦值154
5.5.4 類型和類型定義154
5.5.5 靜態(tài)和動態(tài)類型156
5.5.6 補碼和IEEE 754 157
5.6 代碼構建塊 159
5.6.1 控制語句和復合語句159
5.6.2 if/then/else 159
5.6.3 switch和case 161
5.6.4 repeat循環(huán)162
5.6.5 while循環(huán)163
5.6.6 for循環(huán)164
5.6.7 break和continue語句166
5.6.8 函數166
5.6.9 局部性和作用域168
5.7 面向對象程序設計 170
5.7.1 封裝172
5.7.2 繼承174
5.7.3 多態(tài)176
5.7.4 OOP小結 178
5.8 GNU編譯器工具集概覽178
5.8.1 作為編譯器和生成工具的gcc179
5.8.2 使用Linux make 181
第6章非易失性存儲器185
6.1 打孔卡和磁帶 186
6.1.1 打孔卡186
6.1.2 磁帶數據存儲器186
6.1.3 磁存儲器的黎明188
6.2 磁記錄和編碼方案 189
6.2.1 磁通躍遷190
6.2.2 垂直記錄191
6.3 磁盤存儲器 192
6.3.1 柱面、磁軌和扇區(qū)193
6.3.2 低級格式化194
6.3.3 接口和控制器195
6.3.4 軟盤驅動器197
6.4 分區(qū)和文件系統(tǒng) 198
6.4.1 主分區(qū)和擴展分區(qū)198
6.4.2 文件系統(tǒng)和高級格式化199
6.4.3 未來：GUID分區(qū)表 (GPT) 200
6.4.4 Raspberry Pi SD卡的分區(qū)201
6.5 光盤 202
6.5.1 源自CD的格式203
6.5.2 源自DVD的格式204
6.6 虛擬硬盤 205
6.7 Flash存儲器206
6.7.1 ROM、PROM和 EPROM 206
6.7.2 Flash與EEPROM 207
6.7.3 單級與多級存儲209
6.7.4 NOR Flash與NAND Flash 210
6.7.5 損耗平衡及Flash轉換層213
6.7.6 碎片回收和TRIM 214
6.7.7 SD卡 215
6.7.8 eMMC216
6.7.9 非易失性存儲器的未來217
第7章有線和無線以太網219
7.1 網絡互連OSI參考模型220
7.1.1 應用層222
7.1.2 表示層222
7.1.3 會話層223
7.1.4 傳輸層223
7.1.5 網絡層224
7.1.6 數據鏈路層226
7.1.7 物理層226
7.2 以太網  227
7.2.1 粗纜以太網和細纜以太網227
7.2.2 以太網的基本構想227
7.2.3 沖突檢測和規(guī)避228
7.2.4 以太網編碼系統(tǒng)229
7.2.5 PAM-5 編碼232
7.2.6 10BASE-T和雙絞線233
7.2.7 從總線拓撲結構到星型拓撲結構234
7.2.8 交換以太網235
7.3 路由器和互聯網 237  
7.3.1 名稱與地址237
7.3.2 IP地址和TCP端口238
7.3.3 本地IP地址和DHCP 240
7.3.4 網絡地址轉換242
7.4 Wi-Fi  243
7.4.1 標準中的標準244
7.4.2 面對現實世界245
7.4.3 正在使用的Wi-Fi 設備 248
7.4.4 基礎設施網絡與Ad Hoc 網絡249
7.4.5 Wi-Fi 分布式介質訪問 250
7.4.6 載波監(jiān)聽和隱藏結點問題251
7.4.7 分片253
7.4.8 調幅、調相和QAM 253
7.4.9 擴頻技術256
7.4.10 Wi-Fi 調制和編碼細節(jié)256
7.4.11 Wi-Fi 連接的實現原理259
7.4.12 Wi-Fi 安全性 260
7.4.13 Raspberry Pi上的Wi-Fi 261
7.4.14 更多的網絡263
第8章
操作系統(tǒng)   265
8.1 操作系統(tǒng)簡介  266
8.1.1 操作系統(tǒng)的歷史 267
8.1.2 操作系統(tǒng)基礎 270
8.2 內核：操作系統(tǒng)的核心主導者  274
8.2.1 操作系統(tǒng)控制 276
8.2.2 模式 276
8.2.3 存儲器管理 277
8.2.4 虛擬存儲器 278
8.2.5 多任務處理 278
8.2.6 磁盤訪問和文件系統(tǒng) 279
8.2.7 設備驅動程序 279
8.3 操作系統(tǒng)的使能器和助手  279
8.3.1 喚醒操作系統(tǒng) 280
8.3.2 固件 283
8.4 Raspberry Pi上的操作系統(tǒng)  283
8.4.1 NOOBS 284
8.4.2 第三方操作系統(tǒng) 285
8.4.3 其他可用的操作系統(tǒng) 285
第9章 視頻編解碼器和視頻壓縮  287
9.1 第一個視頻編解碼器   288
9.1.1 利用眼睛  288
9.1.2 利用數據  290
9.1.3 理解頻率變換  293
9.1.4 使用無損編碼技術  297
9.2 時移世易  298
9.2.1 MPEG的最新標準  299
9.2.2 H.265     302
9.3 運動搜索   302
9.3.1 視頻質量  304
9.3.2 處理能力  305
第10章 3D圖形307
10.1 3D圖形簡史307
10.1.1 圖形用戶界面(Graphical User Interface，GUI) 308
10.1.2 視頻游戲中的3D圖形310
10.1.3 個人計算和顯卡311
10.1.4 兩個競爭標準312
10.2 OpenGL圖形管線 314
10.2.1 幾何規(guī)范和屬性315
10.2.2 幾何變換317
10.2.3 光照和材質320
10.2.4 圖元組裝和光柵化322
10.2.5 像素處理(片段著色)324
10.2.6 紋理326
10.3 現代圖形硬件 328
10.3.1 瓦片渲染329
10.3.2 幾何拒絕330
10.3.3 著色332
10.3.4 緩存333
10.3.5 Raspberry Pi GPU 334
10.4 Open VG  336
10.5 通用GPU  338
10.5.1 異構體系結構338
10.5.2 OpenCL 339
第11章音頻 341
11.1 現在能聽到我的聲音嗎？341
11.1.1 MIDI342
11.1.2 聲卡342
11.2 模擬與數字343
11.3 聲音和信號處理344
11.3.1 編輯344
11.3.2 壓縮345
11.3.3 使用特效錄制345
11.3.4 編碼和解碼通信信息346
11.4 1位DAC 347
11.5 I2S  349
11.6 Raspberry Pi聲音輸入/輸出350
11.6.1 音頻輸出插孔350
11.6.2 HDMI350
11.7 Raspberry Pi的聲音351
11.7.1 Raspberry Pi板載聲音351
11.7.2 處理Raspberry Pi的聲音351
第12章 輸入/輸出359
12.1 輸入/輸出簡介 359
12.2 I/O使能器 362
12.2.1 通用串行總線363
12.2.2 USB有源集線器365
12.2.3 以太網367
12.2.4 通用異步收發(fā)器368
12.2.5 小型計算機系統(tǒng)接口368
12.2.6 PATA 369
12.2.7 SATA 369
12.2.8 RS-232串口 370
12.2.9 HDMI 370
12.2.10 I2S 371
12.2.11 I2C 371
12.2.12 Raspberry Pi顯示器、攝像頭接口和JTAG 372
12.3 Raspberry Pi GPIO  373
12.3.1 GPIO概述以及博通SoC 373
12.3.2 接觸GPIO 374
12.3.3 可編程GPIO 380
12.3.4 可選模式385
12.3.5 GPIO實驗的簡單方法 385