微型计算机原理与接口技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:郑家声 编

出品人:

页数:236

译者:

出版时间:2004-1

价格:22.00元

装帧:

isbn号码:9787111147558

丛书系列:

图书标签:

• 微型计算机
• 计算机原理
• 接口技术
• 汇编语言
• 8086
• 微处理器
• 计算机系统
• 硬件
• 电子技术
• 数字电路

计算机系统设计与实现：从底层硬件到高级应用 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且具有实践性的计算机系统架构和实现方法的视角。我们不局限于特定型号的微处理器或固定的总线标准，而是着眼于计算机系统设计背后的核心原理、通用方法论以及前沿的发展趋势。本书内容涵盖了从最基础的数字逻辑门电路到复杂多核处理器的设计哲学，从内存管理单元（MMU）的复杂调度到现代操作系统对硬件资源的抽象与管理，再到高性能计算所需的系统优化策略。 第一部分：数字逻辑与基础架构 本部分将打下坚实的硬件基础，探究计算机的“心脏”是如何跳动的。我们将从布尔代数和组合逻辑电路开始，逐步过渡到时序逻辑、寄存器和算术逻辑单元（ALU）的构建。重点内容包括： 数字系统基础： 介绍逻辑门、组合逻辑电路（如编码器、译码器、多路选择器）和时序逻辑电路（如触发器、计数器、移位寄存器）的原理和设计方法。 数据表示与运算： 深入探讨定点和浮点数的表示标准（IEEE 754），以及在硬件层面实现加法、乘法、除法等基本算术运算的算法和流水线优化。 指令集架构（ISA）设计： 对精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）的哲学进行对比分析。我们将设计一个简化的、具有代表性的指令集，并分析指令格式、寻址模式如何影响硬件实现的复杂度和性能。 CPU核心实现： 详细剖析单周期、多周期和硬布线控制单元的设计。重点将放在指令的取指、译码、执行、访存和写回等阶段，以及如何通过控制信号驱动数据通路。 第二部分：系统性能的瓶颈与突破 现代计算机系统的性能提升已不再仅仅依赖于提高时钟频率。本部分将聚焦于如何通过精妙的硬件结构设计和算法优化来突破性能瓶颈。 流水线技术： 深入探讨指令级并行（ILP）的核心技术——指令流水线。内容包括五级流水线的结构、数据冒险、控制冒险的识别与处理（如数据前递和分支预测）。我们将分析分支预测器的准确率对整体吞吐量的影响。 存储器层次结构与缓存系统： 计算机性能的“阿喀琉斯之踵”在于存储器访问延迟。本章将系统地介绍多级缓存（L1、L2、L3）的设计原理，包括块映射方式（直映、全相联、组相联）、写策略（写直达、写回）以及缓存一致性协议（如MESI协议）在多处理器环境下的重要性。 虚拟内存与地址翻译： 探讨操作系统如何通过内存管理单元（MMU）实现逻辑地址到物理地址的转换。我们将详细解析页表结构、TLB（快表）的工作机制，以及缺页中断的处理流程，确保系统既能高效利用物理内存，又能提供隔离和保护。 第三部分：并行计算与多核架构 随着摩尔定律的演进，多核处理器已成为主流。本部分将转向如何设计和利用并行架构。 多处理器系统架构： 比较共享内存多处理器（SMP）和非一致性内存访问（NUMA）的架构特点、优势与挑战。讨论缓存一致性在规模化并行系统中的复杂性。 向量化与SIMD： 介绍单指令多数据（SIMD）的原理，分析如何利用现代CPU的向量寄存器（如AVX、SSE）对数据并行任务进行加速，这对于图形处理和科学计算至关重要。 异构计算概述： 简要介绍GPU（图形处理器）与CPU在计算模型和内存访问模式上的根本区别，以及它们在高性能计算中协同工作的基本概念。 第四部分：系统级接口与通信 计算机系统的各个组成部分（CPU、内存、I/O设备）需要高效、可靠的通信机制。本部分将探讨这些“桥梁”的设计。 总线结构与仲裁： 分析传统共享总线（如PCIe的前身）的局限性，并深入研究点对点串行总线（如PCI Express）的协议层次、事务层和数据链路层，理解其在实现高带宽、低延迟通信中的关键技术。 中断与异常处理机制： 讲解硬件如何通过中断和异常信号向CPU报告事件（如I/O完成、错误）。分析中断控制器（如APIC）的工作原理，以及操作系统如何快速、安全地切换上下文以响应这些事件。 直接内存访问（DMA）： 阐述DMA控制器如何允许外部设备绕过CPU直接读写内存，从而极大地解放CPU资源，是实现高效I/O操作的核心机制。 总结与展望 本书的最终目标是培养读者从“使用计算机”到“理解计算机如何工作”的思维转变。通过对底层硬件原理和系统架构的深入剖析，读者将能够更好地进行软件优化、系统选型和未来技术趋势的预判。本书强调原理与实践的结合，旨在为从事底层软件开发、嵌入式系统设计或计算机体系结构研究的专业人士打下坚实的基础。

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这部书的排版简直是灾难，油墨印得深浅不一，有些地方像是被水泡过一样模糊不清，尤其是那些关键的电路图和时序图，本该是清晰明了的指导，现在看来却像是一堆纠缠不清的线团。我花了整整一个下午试图辨认一个数据总线的连接方式，结果还是得对照网上的标准图才能勉强搞懂。更别提字体选择了，正文和注释混用好几种毫无关联的字体，阅读体验极差，仿佛这本书不是由专业出版机构制作，而是某个业余爱好者用最廉价的打印机匆匆赶出来的样品。翻开扉页，装订线就已经开始松动，我甚至担心这本书在被我读完之前就会散架。这本书的物理质量，实在配不上它所承载的知识，这让我对书中的技术深度也产生了不小的怀疑。如果作者和出版社连最基本的排版和装帧都无法把控，那么他们在技术细节上的严谨性又能有多高呢？这简直是对读者时间和精力的双重折磨。

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这本书的“前沿技术”部分更新速度极其缓慢，完全跟不上行业发展的步伐。书里还在大篇幅介绍一些已经被市场淘汰或者被更高效架构取代的技术细节，而对于当前主流且正在快速迭代的新标准和新接口，却只是一笔带过，甚至完全没有提及。比如，它花了大量篇幅讨论一种老式的串行通信协议的握手过程，但对于现在芯片间通信普遍采用的某些高速总线协议，仅仅是泛泛而谈，没有给出任何实际的编程接口或配置示例。这意味着，我从这本书中学到的知识，有很大一部分需要我花费额外的时间去“忘记”和“纠正”，以适应当前的工作环境。作为一本技术参考书，时效性是其生命线，而这本书显然在出版前没有进行足够的市场调研和技术前瞻性评估，导致其内容具有很强的时代滞后性，实用价值大打折扣。

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这本书的内容组织逻辑简直是天马行空，作者似乎把不同章节的想法随意堆砌在一起，缺乏一个连贯的脉络。比如，它在讲完CPU的流水线结构后，下一章会突然跳到调试工具的使用，紧接着又冒出一段关于嵌入式操作系统内核的宏观介绍，完全没有过渡。读者需要不断地在不同概念之间跳跃、重组信息，这使得学习过程充满了挫败感。我发现自己不得不频繁地翻回前几章去确认某个术语的上下文，因为书里并没有提供足够的衔接点。这不像是一门循序渐进的课程，更像是一堆零散的技术笔记的集合。对于初学者来说，这种跳跃式的叙述方式是致命的，他们根本无法建立起对整个系统运作的整体认知框架。我希望作者能投入更多精力在章节的逻辑梳理上，而不是仅仅罗列知识点。

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让我感到非常困惑的是，书中对于某些核心概念的解释含糊其辞，缺乏必要的数学推导或清晰的原理剖析。举个例子，在讨论到缓存一致性协议时，书中只是简单地提及了“需要同步状态”，然后就转到了如何配置寄存器，仿佛状态同步是一个不言自明的事情。这种“知其然不知其所以然”的教学方法，对于想要深入理解底层机制的工程师来说是远远不够的。我需要知道为什么是这种协议，而不是另一种？它背后的性能权衡在哪里？书中充斥着大量的“可以这样做”的描述，却鲜有“为什么必须这样做”的论证。这种蜻蜓点水式的讲解，最终只会培养出一批只会照搬代码、却无法进行创新和问题排查的“操作工”，而不是真正掌握原理的开发者。

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这本书的插图质量简直是让人啼笑皆非，很多流程图看起来像是用早期的绘图软件粗糙绘制而成，线条僵硬，箭头指向不明，颜色对比度极低，很多关键的信号路径在图上几乎无法区分。更要命的是，图注经常与正文描述存在明显的冲突或者根本没有对应起来。我一度怀疑这些图示是否经过了任何形式的校对，它们不仅没有起到辅助理解的作用，反而成了理解复杂概念的巨大障碍。例如，在一个描述中断处理的方框图中，竟然出现了一个不存在的寄存器名称，这让人不禁怀疑作者对这部分内容的熟悉程度。在涉及硬件层面的学习中，高质量、准确的图形化表示是至关重要的，而这本书在这方面表现得极其不负责任，简直是给技术学习设置了不必要的认知门槛。

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