前言

人工智能、物联网、芯片自主、智能驾驶等新一代信息技术是当代智能科技的主要体现。目前，计算机基础教育的作用不言而喻，它是现代智能科技发展的核心支柱。计算机技术的底层包含芯片设计，中间层涉及操作系统，上层运行软件应用程序。在科技竞争的大环境下，我们迫切需要芯片的自主研发，需要操作系统的自主研发，需要系统软件的自主研发。唯有如此，我们才可以从根本上解决“卡脖子”的问题，所以学习计算机系统知识十分重要。

回顾历史，每一次智能终端的发展都会带来翻天覆地的变化。5G技术带来了低延时、高吞吐、广连接，促进了异构设备的蓬勃发展，我们正在进入万物互联的新世界。万物互联的世界对传统的芯片和操作系统提出了新的要求。顺应时代发展，芯片和操作系统都出现了相应的“革命”。例如，恩智浦的跨界处理器、壁仞的高端AI GPU、谷歌的TPU和Fuchsia以及华为的鸿蒙等都是新架构。

计算机系统涉及的内容很多，包含底层处理器的架构设计、汇编和编译技术，甚至还包含操作系统的运行等。没有进行系统化的学习，我们很难从根本上理解现代计算机系统的来龙去脉，创新也就无从谈起。学习计算机系统的门槛很高，不同层级之间又是相互关联的，想要精通这些内容，没有好的学习方法是不行的。

根据“战略上藐视技术，战术上重视技术”的原则，本书首先从处理器架构的原理出发，结合汇编和编译技术，揭开硬件执行的神秘面纱；然后以Linux操作系统为例，讲述内核中重要的模块——内存管理和进程管理；接着讲解人工智能技术的基础技术和相关框架，以及实现人工智能加速的常见方式——使用OpenCL；最后通过一些开源项目介绍硬件设计的常用工具和方法。希望本书能帮助读者对底层硬件设计、中间操作系统，以及目前火热的人工智能有所了解，能为国内的基础研究者提供一些帮助。

建议在阅读代码时注意逻辑性，不要过于关注细节，遇到难点可以选择性地跳过，结合整段代码要实现的功能去理解，在对整体框架有了一定的了解后再根据工作中的需要深挖细节。吾生也有涯，而知也无涯，要时刻记住自己想要解决的问题是什么，无关的内容可以先绕开。

本书主要内容

本书重点讲解计算机系统的开发与实战。全书共有9章，由周文嘉、刘盼、王钰达等人编写。

第1章以ARM处理器为主，介绍通用处理器的架构。该章由周文嘉主编，参与编写的有张健、邵靖杰、彭杨益、朱志方等。

第2章介绍汇编和编译技术。该章由周文嘉主编，参与编写的有彭东林、李雄辉、张帅、汪涛等。

第3章介绍Linux内核中对内存的管理，包括从CPU的角度看内存、分区页帧分配器、slab分配器及kmalloc的实现、缺页异常处理等内容。该章由刘盼编写。

第4章介绍Linux内核中的进程管理，包括进程的创建、终止、调度和多核系统的负载均衡等内容。该章由刘盼编写。

第5章主要介绍Linux系统上的一些开发和调试工具。该章由周文嘉主编，参与编写的有雷波、刘雨、林舒萌、韩金科等。

第6章介绍人工智能技术。该章由赵刚主编，参与编写的有蒋仲明、魏凯、杨鹏、梁庆伟等。

第7章介绍OpenCL的编程技术。该章由谷镇佑编写。

第8章是一些基础软件开源项目的介绍。该章由张仁泽主编，参与编写的有李磊、马定桦、任泽龙等。

第9章介绍硬件架构。该章由余明辉主编，参与编写的有王钰达、郭论平等。

致谢

感谢Free time team，在这个平台上大家不论学历高低，都可以一起学习，学好了还可以参与社区贡献。本书的主要开发环境是Linux的Ubuntu发行版和x86架构。全书包含了大量实际案例，对应源代码参见GitHub网站。

感谢谢晓芳在书稿撰写期间对我们的大力支持，有了她的耐心指导，本书才能顺利出版。

感谢参与本书策划与封面设计的余扬（从事网站编辑工作，爱好画画、封面设计、策划），以及童昀（在读硕士研究生，爱好策划、设计）等。