微型计算机原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:南京大学

作者:罗万钧 编

出品人:

页数:264

译者:

出版时间:2007-7

价格:26.00元

装帧:

isbn号码:9787305050985

丛书系列:

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《现代电子系统设计与实践》 作者： 李明，张伟 出版社： 科技前沿出版社 ISBN： 978-7-5675-XXXX-X 定价： 89.00 元 --- 内容简介 在当今信息技术飞速发展的时代，电子系统的设计与实现已成为衡量一个国家科技实力的重要标志。本书《现代电子系统设计与实践》旨在为电子工程、自动化、通信工程以及相关专业的高年级本科生和研究生提供一本深入、全面且注重实践的教材和参考手册。它摒弃了对单一、过时元器件的机械式讲解，转而聚焦于系统级的设计思维、现代化的设计流程以及前沿的设计技术。 本书共分六个主要部分，共计十八章，构建了一个从理论基础到实际工程应用的完整知识体系。 第一部分：系统设计基础与建模 (1-3章) 本部分奠定了整个设计过程的理论基石。 第一章：现代电子系统的架构与演化： 这一章首先分析了当前主流电子系统的组成模式，包括嵌入式系统、物联网（IoT）设备以及高性能计算平台的架构异同。重点探讨了模块化设计、可重用性设计（Design for Reuse）的理念，并引入了面向服务的架构（SOA）在硬件描述层面的映射。章节详细对比了冯·诺依依曼结构与哈佛结构在不同应用场景下的性能权衡，并引入了新型存储访问模式的探讨。 第二章：系统级建模与仿真方法： 传统的电路级仿真已无法满足复杂系统快速迭代的需求。本章深入介绍了硬件描述语言（HDL，如SystemVerilog）在系统级抽象建模中的应用。核心内容包括交易级建模（TLM）的概念、如何利用高级语言（如C/C++或Python）进行行为级仿真，以及如何使用混合信号建模工具（如ModelSim/QuestaSim与MATLAB/Simulink的协同工作流程）来验证系统级功能和性能指标，如功耗预算和时序约束的初步设定。 第三章：信号完整性与电源完整性基础： 尽管本书侧重系统级，但对高速信号的物理层问题必须有深刻理解。本章不涉及具体的元器件参数，而是侧重于传输线理论在PCB设计中的应用。讲解了特征阻抗的控制、串扰的机理分析，以及如何通过电磁兼容性（EMC）设计的早期介入来规避后期测试中的重大返工。电源分配网络（PDN）的设计原则，如去耦电容的选型策略和分布电感对瞬态响应的影响，被作为系统稳定性的关键环节进行论述。 第二部分：高性能数字逻辑设计 (4-7章) 本部分聚焦于现代数字电路的设计流程、验证方法与核心技术。 第四章：可编程逻辑器件（FPGA/CPLD）的深度应用： 本章详述了现代FPGA器件的内部结构，包括逻辑单元（LUTs）、布线资源的管理和专用硬核IP（如DSP切片和高速收发器）。强调了时序约束的编写艺术，介绍了综合、布局布线工具链的工作流程，并提供了基于IP核复用和设计重构的案例分析，而非简单的逻辑门级描述。 第五章：异步设计与时钟域交叉处理： 在多核、多速率系统中，跨越不同时钟域的数据传输是系统鲁棒性的主要挑战。本章详细阐述了同步电路设计中的单点时钟（Single Clock Domain）原则，并针对时钟域交叉（CDC）问题，系统性地介绍了亚稳态的产生机理、握手协议的设计、跨域同步器的类型（如双触发器同步器、异步FIFO），并强调了形式验证（Formal Verification）在CDC验证中的重要性。 第六章：硬件加速与流水线技术： 针对计算密集型任务，本章讲解了如何将串行算法转化为并行硬件结构。核心内容包括流水线（Pipelining）技术的应用、数据通路优化、循环展开（Loop Unrolling）以及并行化策略。通过一个具体的加速器设计案例，演示如何通过优化硬件资源利用率来提升吞吐量（Throughput）。 第七章：系统级验证与测试策略： 验证是现代数字设计中最耗时的环节。本章侧重于高级验证方法学，包括面向覆盖率（Coverage-Driven Verification）、基于约束的随机激励生成（CBV）和场景化测试平台的设计。介绍了使用UVM（Universal Verification Methodology）进行复杂接口验证的基本框架和层次划分。 第三部分：现代处理器接口与总线协议 (8-10章) 本部分深入讲解了当代系统互联的核心技术。 第八章：片上总线架构与互连网络： 放弃对过时并行总线的讲解，本章聚焦于片上总线（On-Chip Bus）的演进。详细分析了AMBA AXI、ACE等高性能接口协议的事务级模型，包括读写事务的建立、仲裁机制和缓存一致性（Cache Coherency）的实现原理。 第九章：高速串行通信接口： 本章探讨了系统间或板间高速数据传输的技术。重点分析了PCI Express (PCIe) 的物理层、数据链路层协议栈，以及事务层的工作方式。同时，简要介绍了USB 3.x和以太网接口在系统级集成时的驱动和软件协同设计考量。 第十章：内存子系统设计与优化： 讲解了现代DRAM的工作原理，如DDR4/LPDDR5的刷新、突发传输和时序参数。核心内容在于内存控制器（Memory Controller）的设计，包括请求调度算法（如Round-Robin与Ordered Access）对系统整体延迟的影响和优化策略。 第四部分：低功耗与能效设计 (11-12章) 在移动和嵌入式设备日益普及的背景下，能效管理成为关键设计目标。 第十一章：功耗建模与动态管理： 本章侧重于系统级的功耗分析，而非晶体管级。介绍了动态功耗和静态功耗的划分，以及如何在设计初期进行系统功耗预算。探讨了频率/电压调节（DVFS）技术在操作系统和固件层面的协同实现机制，以及如何利用电源门控（Power Gating）技术来削减漏电流。 第十二章：电源管理单元（PMU）与系统重启： 阐述了复杂的电源管理单元如何管理多个电压轨和多个工作模式（如深度休眠、快速唤醒）。详细分析了系统启动序列（Boot Sequence）中的时序要求，以及看门狗（Watchdog）在确保系统可靠性中的作用。 第五部分：模拟与混合信号接口 (13-14章) 本部分处理数字世界与物理世界之间的桥梁。 第十三章：高速数据转换器（ADC/DAC）的系统集成： 重点在于如何选择合适的采样率、分辨率和量化噪声来满足特定应用（如高精度测量或通信接收机）。讨论了过采样、欠采样技术，以及抗混叠滤波器在PCB布局中需要考虑的隔离要求。 第十四章：传感器接口与信号调理： 探讨了各类常用传感器（如温度、压力、IMU）的输出特性及其与主控芯片接口的匹配问题。讲解了如何利用低噪声放大器、可编程增益放大器（PGA）和噪声整形技术来优化信噪比（SNR）。 第六部分：嵌入式系统软件与固件协同 (15-18章) 电子系统设计并非纯硬件活动，软件与硬件的紧密协作至关重要。 第十五章：硬件抽象层（HAL）与驱动开发： 解释了HAL的必要性，它如何解耦上层应用与底层硬件差异。讲解了中断服务程序（ISR）的设计原则、中断延迟分析，以及如何设计健壮的设备驱动框架。 第十六章：实时操作系统（RTOS）核心机制： 侧重于RTOS在资源管理方面的作用。对比了多任务调度算法（如固定优先级、轮转），并深入分析了上下文切换的开销、互斥锁（Mutex）和信号量（Semaphore）的使用场景与潜在的死锁问题。 第十七章：固件安全与启动验证： 现代系统必须具备安全启动能力。本章介绍了安全启动（Secure Boot）的基本流程，包括根信任链（Root of Trust）、固件签名验证机制，以及数据加密在非易失性存储器中的应用。 第十八章：系统调试、诊断与可测性设计（DFT）： 讲解了JTAG/Boundary Scan在系统级板级测试中的应用，以及如何通过嵌入式逻辑分析仪和故障注入技术来定位复杂的系统级故障。强调了在设计之初预留测试点（Test Points）的重要性。 --- 目标读者 本书适合具备数字逻辑基础和基础微控制器知识的读者。它特别适合希望从“搭积木式”的电路设计迈向“架构化”系统设计的研究生和工程师，以及需要快速掌握现代电子系统设计全貌的高级工程技术人员。阅读本书后，读者将能独立进行复杂电子设备的概念设计、架构选择、关键模块的实现与系统级的验证工作。 --- 关键词： 系统级设计、FPGA、AXI、信号完整性、硬件/软件协同、实时系统、验证方法学、能效管理。

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这本书的后半部分，转向了对“应用”层面的探讨，这个转变处理得极其自然和巧妙。作者似乎深知，光懂原理而不将其付诸实践是空谈。其中关于嵌入式系统设计和实时操作系统（RTOS）的章节尤其引人入胜。它不是简单地罗列几个RTOS的API函数，而是通过几个经典的工业控制案例，展示了如何利用微处理器的高级特性来解决实际的延迟和资源受限问题。比如，关于中断服务程序（ISR）设计和上下文切换的细节描述，细致到让我重新审视了以前写过的代码中的一些“效率陷阱”。更难能可贵的是，书中还涉及了一些现代SoC（系统级芯片）设计中的功耗管理策略，比如动态电压和频率调节（DVFS），这在当前强调绿色计算的背景下显得尤为重要。这部分内容对那些试图从应用层向底层驱动和固件领域跨越的技术人员来说，简直就是一份量身定制的“能力进阶手册”，知识的迁移性和实用价值非常高。

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我必须指出，这本书的排版和图表设计，也体现了极高的专业素养。在涉及复杂总线协议和时序图的部分，视觉传达的清晰度直接决定了学习的效率。这本书在这方面做得非常出色。那些复杂的并行总线数据传输流程图，不再是晦涩难懂的线条堆砌，而是通过精心的色彩区分和步骤分解，将原本需要反复阅读才能理解的过程，简化成了几眼就能掌握的逻辑路径。特别是对DMA（直接内存访问）控制器工作流程的动态模拟图示，生动地展示了数据是如何绕过CPU进行高效传输的。这说明编撰者在内容组织上，不仅是知识的搬运工，更是优秀的教育者。很多技术书籍的弱点在于，只是把文档翻译成了中文，而这本书则真正消化了知识，并用最适合学习者理解的方式重新构建了知识体系。这种对阅读体验的重视，是真正体现一本书价值的地方。

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最让我感到惊喜的是，书中关于调试和故障排除的“经验谈”部分。这部分内容通常在学院派的教材中是被忽略的，但却是实际工程中最耗费精力的环节。作者用近乎“老兵传授经验”的口吻，分享了如何利用逻辑分析仪和示波器来诊断硬件层面时序错误的方法。他没有给出标准化的故障排除流程表，而是通过几个真实的“疑难杂症”案例，展示了工程师应有的排查思路——如何从软件层的异常行为，反向推导出硬件设计中隐藏的竞争条件或时钟域交叉问题。这种“授人以渔”的教学方法，远比死记硬背规范更有价值。这本书的实用性，正是在于它敢于触及那些在教科书上很少提及，但在实际工作中却至关重要的“灰度地带”。这无疑提升了全书的实战价值和可信度。

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这本书在理论深度和实践广度之间找到了一个近乎完美的平衡点，但让我印象最深的，是它对未来技术趋势的洞察力，这使得这本书的生命力得以延长。在讨论完经典冯·诺依曼架构的局限性后，作者没有停留在批判上，而是非常前瞻地引入了并行计算和异构计算的概念。关于GPU的计算模型和通用计算的章节，讲解得既不过分偏向某个特定的厂商或架构，又准确把握了并行化编程的核心思想。它引导读者思考，在摩尔定律放缓的今天，性能提升将更多依赖于架构创新而非单纯的晶体管密度。这些讨论并非空泛的预测，而是建立在对当前微处理器性能瓶颈的深刻理解之上。读完这些，我感觉这本书不仅仅是回顾了“已有的”微型计算机知识，更是在为读者构建一个理解“未来”计算平台的思维框架。

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这本《微型计算机原理及应用》的作者显然对计算机硬件和底层运作机制有着极其深刻的理解，光是看目录就能感受到那种严谨和全面的气息。我最欣赏的是它对CPU架构的剖析，讲得透彻而不失趣味性。书中关于指令集的设计哲学、流水线技术如何提高效率的论述，简直是教科书级别的示范。我记得有几章详细讲解了存储器层次结构，从SRAM到DRAM，再到固态硬盘的读写原理，作者没有停留于表面的概念介绍，而是深入到了物理层面的数据存取机制，甚至对比了不同缓存替换算法的优劣。对于一个想真正搞明白“机器是如何思考的”的工程师或学生来说，这本书无疑提供了一个坚实的基石。它不仅仅是堆砌知识点，更是在传授一种自底向上的系统思维方式，让你明白为什么今天的软件设计必须遵循特定的硬件约束。读完这些章节，我感觉自己对计算机的“黑箱”内部又多了一层透明的认知，那种豁然开朗的感觉非常棒，远超我之前读过的任何一本入门读物。

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