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出版者:第1版 (2002年7月1日)

作者:谢瑞和

出品人:

页数:252

译者:

出版时间:2002-7-1

价格:24.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302056898

丛书系列:

图书标签:

• 奔腾处理器
• 微型计算机原理
• 计算机接口技术
• 8086
• 汇编语言
• 硬件原理
• 计算机组成原理
• PC机原理
• 计算机系统
• 数字电路

电子信息技术前沿探索：数字系统设计与嵌入式应用 内容提要： 本书深入剖析了现代电子信息领域的核心技术，重点聚焦于高性能数字系统架构的构建、先进微处理器的工作原理及其在复杂嵌入式系统中的集成与应用。全书内容涵盖了从底层逻辑门电路到高级系统级设计的完整技术栈，旨在为读者提供一套全面、深入且具有前瞻性的知识体系。 第一部分：高性能数字逻辑与集成电路基础 本部分奠定了理解现代计算系统的基石，详细阐述了构成所有数字系统的基本逻辑单元和构建模块。 1. 深入理解半导体器件与CMOS技术： 我们将从半导体物理学基础出发，详细解析MOSFET的结构、工作特性及其在集成电路制造中的关键作用。重点剖析互补金属氧化物半导体（CMOS）逻辑电路的工作原理，包括其低功耗特性、开关速度的限制因素，以及如何通过工艺进步（如FinFET、GAAFET）来提升器件性能。内容将覆盖跨导、阈值电压控制、亚阈值泄漏电流分析等高级主题。 2. 组合逻辑与时序逻辑电路设计： 本书对布尔代数、卡诺图化简以及多级逻辑网络设计进行了系统性的梳理。在组合逻辑部分，深入探讨了如加法器、乘法器、数据选择器等关键功能单元的优化设计方法，强调竞争与冒险现象的消除技术。时序逻辑部分，详细分析了锁存器（Latch）与触发器（Flip-Flop）的内部结构与工作时序要求，包括建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的严格约束。我们将引入同步时序系统设计理论，如时钟域交叉（CDC）的原理及主流解决方案。 3. 可编程逻辑器件（PLD）与硬件描述语言（HDL）： 本章聚焦于现代电子设计流程中不可或缺的工具——可编程逻辑器件。我们将对比分析CPLD和FPGA的内部架构，包括查找表（LUT）、锁相环（PLL）、数字信号处理（DSP）模块和嵌入式存储器块。重点教授业界主流的硬件描述语言VHDL和Verilog，不仅停留在语法层面，更深入探讨如何使用这些语言进行高效的结构级和行为级建模，以及如何进行设计综合（Synthesis）和布局布线（Place and Route）的优化。 第二部分：现代微处理器架构与并行计算 本部分将视线转向计算系统的核心——中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）的内部构造与指令集机制。 4. 指令集架构（ISA）与流水线技术： 详细对比分析精简指令集计算机（RISC）与复杂指令集计算机（CISC）的设计哲学。深入解析MIPS、ARM或x86架构的关键指令集特性，包括寻址模式、数据类型和特权级。核心内容在于深入讲解指令级并行（ILP）的实现技术，特别是多级流水线（Pipeline）的设计、数据冒险与控制冒险的检测与解决机制，包括分支预测（Branch Prediction）的复杂算法及其对性能的影响。 5. 存储器系统层次结构与缓存管理： 存储器是决定系统性能的瓶颈之一。本章系统阐述了寄存器堆、多级高速缓存（L1/L2/L3 Cache）和主存储器（DRAM）构成的完整层次结构。详尽分析了缓存的工作原理，包括映射策略（直接映射、全关联、组关联）、替换算法（LRU、FIFO）以及写操作策略（Write-Through/Write-Back）。内容还将涉及虚拟内存管理、页表机制和TLB（转换后援缓冲器）对系统性能的调控作用。 6. 多核处理器与并行处理范式： 探讨从单核到多核乃至众核处理器的演进。深入研究多处理器系统中的一致性问题（Cache Coherence），包括Snooping协议和目录式协议。介绍共享内存模型（如OpenMP）和消息传递模型（如MPI）在软件层面对并行计算的支持，并分析并发编程中需要处理的同步与互斥问题。 第三部分：嵌入式系统与软硬件接口技术 本部分将理论知识与实际应用相结合，探讨如何构建高效、可靠的嵌入式计算平台。 7. 嵌入式系统设计与实时操作系统（RTOS）： 定义嵌入式系统的关键特征（如资源受限性、实时性要求）。详细介绍微控制器（MCU）和嵌入式微处理器（如Cortex-M系列）的典型结构，包括片上外设的配置。重点讲解实时操作系统的核心概念：任务调度（固定优先级、轮转、最短剩余时间优先）、上下文切换、信号量、互斥锁和事件标志组。通过实例分析如何设计满足严格时序要求的嵌入式应用程序。 8. 系统级总线与片间通信协议： 现代系统依赖高效的总线和通信接口来集成不同的功能模块。本章详细介绍片上总线协议（如AMBA AXI/AHB）的握手机制、突发传输和仲裁策略。深入分析多种外部通信接口技术，包括低速串行通信（UART, I2C, SPI）的工作时序、速率限制和在传感器网络中的应用；以及高速并行接口（如PCIe）的事务层、数据链路层和物理层协议。 9. 传感器数据采集与模数转换技术： 本章专注于物理世界与数字世界之间的桥梁——数据采集系统。深入讲解模数转换器（ADC）的分类（如逐次逼近式、双积分式、Sigma-Delta）及其关键性能指标（分辨率、采样率、非线性度）。分析抗混叠滤波器的设计要求，以及数据在系统中如何通过DMA（直接内存访问）机制高效地从外设传输到主存储器，以减轻CPU负担。 结语： 本书不仅提供了坚实的理论基础，更强调了从系统层面审视和解决电子信息工程挑战的能力。通过对底层硬件原理的透彻理解和对先进架构的掌握，读者将能够胜任高复杂度数字系统的设计、优化与调试工作，适应快速迭代的科技前沿需求。

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这本《奔腾系列微型计算机原理及接口技术》着实让我费了不少心思。初看书名，还以为是本枯燥的技术手册，没想到里面对奔腾处理器的架构解析得相当透彻。从早期的486到后来的Pentium Pro，作者对指令集和流水线技术的演进描述得细致入微，读起来简直像是在翻阅一部微处理器发展史。尤其是关于缓存一致性协议的章节，那些复杂的图表和公式，在作者的耐心讲解下，竟然变得不再那么高深莫测了。我尤其欣赏作者对底层硬件细节的关注，比如寄存器的具体操作和内存寻址方式，这些是其他很多教材中一带而过的内容。书中大量的实战案例，比如如何编写汇编语言来直接控制硬件资源，也给了我很多启发。虽然有些地方的描述略显学术化，需要反复琢磨才能完全领会，但总体而言，对于想深入理解现代CPU工作机制的读者来说，这本书绝对算得上是宝典级别的参考资料。它不仅仅是介绍了“是什么”，更深入地挖掘了“为什么是这样”的设计思路，这才是其真正的价值所在。

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说实话，这本书的实用价值远超我的预期。我原本只是想找本关于PC接口技术的入门书籍，没想到这本《奔腾系列微型计算机原理及接口技术》的内容深度足以让我这个老程序员都感到震撼。它对ISA总线、PCI、AGP乃至后来的PCI Express的演变过程进行了详尽的梳理，每种接口的技术规格、时序图讲解得清晰明了。我特别喜欢书中关于中断控制器和DMA控制器的工作原理分析，作者用非常生活化的比喻解释了这些复杂的硬件交互过程，让我这个过去一直依赖操作系统抽象层的开发者，第一次真切感受到了数据在硬件之间“奔跑”的脉络。有一部分关于并行I/O端口编程的章节，详细记录了那些被现代系统几乎遗忘的底层操作，对于进行嵌入式系统或老旧设备维护工作的人来说，简直是如获至宝。唯一美中不足的是，对于最新一代的Thunderbolt等高速接口的涉及略显不足，但考虑到“奔腾系列”的命名定位，这也情有可原了。

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对于我这样一个偏向软件开发背景的人来说，阅读《奔腾系列微型计算机原理及接口技术》更像是一次“溯源之旅”。我一直好奇我们日常使用的软件是如何在最底层与硬件高效协作的，这本书解答了我大部分的疑惑。书中关于内存管理单元（MMU）和虚拟内存实现的章节，简直是揭示了操作系统的“魔术”所在。作者不仅解释了分段和分页机制的原理，还详细分析了TLB（转换后援缓冲器）如何优化地址查找速度，这让我对系统性能调优有了全新的认识。我过去总以为性能瓶颈在于代码优化，现在明白了，一次不合时宜的页表查找可能带来的延迟才是更致命的。此外，书中对中断向量表和特权级管理的探讨，也让我对操作系统的安全性和稳定性有了更深刻的理解。读完后，我感觉自己看代码的视角都变了，不再是孤立地看函数调用，而是能隐隐约约地感受到背后那套精密的硬件协调系统在运作。

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这本书的排版和图示设计，是我阅读技术书籍中最舒服的一次体验。通常这种涉及大量逻辑电路和时序图的书籍，图文混排很容易让人眼花缭乱，但这本《奔腾系列微型计算机原理及接口技术》做到了很好的平衡。每一张电路图都标注得非常清晰，关键的数据流向和信号变化都用不同的颜色和粗细线条区分开来，极大地降低了理解复杂逻辑的认知负荷。作者在讲解CPU的执行单元时，使用了大量的流程图来展示指令的获取、解码、执行和写回过程，即便是初次接触流水线概念的读者，也能通过这些可视化的工具迅速把握其核心思想。这种注重视觉传达的编辑手法，使得原本晦涩的硬件底层知识变得异常直观。我甚至会时不时地翻到那些图表部分，单纯欣赏一下其设计的美感和逻辑的严密性。可以说，它的阅读体验远远甩开了市面上其他同类书籍好几条街。

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这本书的深度和广度让人不得不佩服作者的知识储备，但坦率地说，它绝对不适合零基础的读者。我身边有几个朋友，刚开始尝试接触计算机硬件基础时就被这本书“劝退”了。它假定读者已经具备了一定的数字电路基础和基本的汇编语言概念。例如，在讨论I/O端口映射方式时，作者直接跳转到具体的端口地址和数据位操作，而没有花时间去解释什么是“端口”或者“位操作”。这种高度浓缩的知识密度，对于有一定基础的读者是极大的福音，因为它节省了大量的预备知识回顾时间。对我而言，这本书更像是一本进阶的参考手册，很多章节我需要结合网络上的官方文档和一些在线模拟器才能完全消化。如果能附带一个配套的实验指导手册，指导读者动手搭建一些简单的接口电路或者模拟调试，那就完美了。总的来说，这是一部面向专业人士或深度爱好者的优秀著作。

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