计算机工程的物理基础

　　目　　录
　　The Physics of Computing
　　出版者的话
　　译者序
　　前言
　　第1章　电子计算机 1
　　1.1　引言 1
　　1.2　计算机发展史 1
　　1.2.1　机械式计算设备 1
　　1.2.2　计算理论 3
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　　本书讲解计算机底层的物理原理。一方面，晶体管正在逐渐缩小到纳米尺度；另一方面，大规模计算机及其数据中心的耗能在大幅增长。这使得实现计算机的性能、功耗和可靠性变得越来越困难。本书描述的物理原理涵盖了计算机的所有抽象层次，使读者从一个崭新的视角来理解计算机系统以及软件和硬件的设计。

　　目　　录
　　The Physics of Computing
　　出版者的话
　　译者序
　　前言
　　第1章　电子计算机 1
　　1.1　引言 1
　　1.2　计算机发展史 1
　　1.2.1　机械式计算设备 1
　　1.2.2　计算理论 3
　　1.2.3　电子计算机 5
　　1.3　计算机系统指标 7
　　1.4　本书一览 8
　　1.5　小结 9
　　第2章　晶体管与集成电路 10
　　2.1　引言 10
　　2.2　电子器件和电子电路 10
　　2.2.1　早期的真空管器件 10
　　2.2.2　真空三极管 11
　　2.3　材料物理 15
　　2.3.1　金属材料 15
　　2.3.2　玻耳兹曼常数与温度 18
　　2.3.3　半导体材料 19
　　2.4　固态器件 24
　　2.4.1　半导体二极管 24
　　2.4.2　MOS电容器 27
　　2.4.3　MOSFET的基本操作 30
　　2.4.4　MOSFET的高级特征 37
　　2.5　集成电路 40
　　2.5.1　摩尔定律 41
　　2.5.2　制造工艺 42
　　2.5.3　光刻技术 45
　　2.5.4　良品率 47
　　2.5.5　特征分离 48
　　2.6　小结 49
　　第3章　逻辑门 52
　　3.1　引言 52
　　3.2　CMOS反相器 53
　　3.3　门电路的静态特性 55
　　3.4　延迟 60
　　3.4.1　晶体管模型 60
　　3.4.2　RC模型的延迟 63
　　3.4.3　驱动与负载 69
　　3.5　功耗与能量 70
　　3.6　缩放原理 74
　　3.7　可靠性 78
　　3.8　小结 80
　　第4章　时序机 83
　　4.1　引言 83
　　4.2　组合逻辑 83
　　4.2.1　事件模型 83
　　4.2.2　网络模型 84
　　4.2.3　增益与可靠性 86
　　4.2.4　增益与延迟 88
　　4.2.5　延迟与功耗 91
　　4.2.6　逻辑与互连中的噪声和可靠性 91
　　4.2.7　电源与可靠性 92
　　4.2.8　噪声与输入/输出耦合 97
　　4.3　互连 98
　　4.3.1　寄生阻抗 98
　　4.3.2　传输线 99
　　4.3.3　串扰 104
　　4.3.4　布线复杂度与兰特规则 105
　　4.4　时序机 107
　　4.4.1　时序模型 107
　　4.4.2　寄存器 109
　　4.4.3　时钟 112
　　4.4.4　亚稳态 117
　　4.5　小结 120
　　第5章　处理器与系统 124
　　5.1　引言 124
　　5.2　系统可靠性 125
　　5.3　处理器 127
　　5.3.1　微处理器的特性 128
　　5.3.2　总线和互连 129
　　5.3.3　全局通信 133
　　5.3.4　时钟 135
　　5.4　存储器 139
　　5.4.1　存储器结构 140
　　5.4.2　存储器系统的性能 143
　　5.4.3　DRAM系统 145
　　5.4.4　DRAM的可靠性 146
　　5.5　大容量存储器 147
　　5.5.1　磁盘驱动器 147
　　5.5.2　闪存 148
　　5.5.3　存储和性能 151
　　5.6　系统功耗 151
　　5.6.1　服务器系统 152
　　5.6.2　便携系统与电池 154
　　5.6.3　功耗管理 157
　　5.7　热传递 157
　　5.7.1　热传递的特性 158
　　5.7.2　热传递的模型 160
　　5.7.3　热与可靠性 165
　　5.7.4　热管理 166
　　5.8　小结 167
　　第6章　输入和输出 169
　　6.1　引言 169
　　6.2　显示器 169
　　6.3　图像传感器 174
　　6.4　触摸传感器 178
　　6.5　传声器 179
　　6.6　加速度计和惯性传感器 180
　　6.7　小结 181
　　第7章　新兴技术 183
　　7.1　引言 183
　　7.2　碳纳米管 183
　　7.3　量子计算机 185
　　7.4　小结 189
　　附录A　常量与公式 190
　　附录B　电路 193
　　附录C　概率 201
　　附录D　高级主题 203
　　参考文献 213
^ 收 起　　

　　本书讲解计算机底层的物理原理。一方面，晶体管正在逐渐缩小到纳米尺度；另一方面，大规模计算机及其数据中心的耗能在大幅增长。这使得实现计算机的性能、功耗和可靠性变得越来越困难。本书描述的物理原理涵盖了计算机的所有抽象层次，使读者从一个崭新的视角来理解计算机系统以及软件和硬件的设计。