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出版者:Addison Wesley Publishing Company

作者:Apple Computer Inc

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1989-06

价格:USD 24.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780201177442

丛书系列:

图书标签:

• Apple IIGS
• Firmware
• Reference
• Apple II
• Retrocomputing
• 65C816
• Programming
• Technical
• Documentation
• Computer History
• Vintage Computing

深入探索经典硬件架构：一份关于早年个人电脑与嵌入式系统的技术手册 书名：数字时代的基石：早期微处理器系统架构与固件设计实践 作者：[此处留空，或使用一个富有技术气息的笔名，例如：A. R. Turing] 内容提要 本书是一部面向资深硬件工程师、嵌入式系统开发者以及计算机历史研究者的深度技术参考指南。它详尽地剖析了20世纪80年代至90年代初，主流及非主流的个人电脑（PC）与专业工作站所采用的核心微处理器架构，重点聚焦于指令集、内存管理单元（MMU）的底层实现机制，以及如何利用有限的资源构建稳定、高效的系统固件。本书并非关注于任何特定商业产品的用户手册或应用软件指南，而是深入到驱动这些设备的“骨架”——芯片级的操作逻辑与初始化序列。 第一部分：8位与16位核心架构的复盘与对比 本部分首先对当时市场上占主导地位的几类核心CPU家族进行详尽的对比分析。我们避开了对商业操作系统的宏观叙述，转而深入到这些芯片组的内部结构。 第一章：经典MOS/CMOS逻辑家族的电压与时序要求 1.1 晶体管级时序分析： 详细考察特定型号处理器的最小建立时间和保持时间规范，以及在不同工作频率下，如何通过外部时钟生成电路来精确控制数据总线和地址总线的同步。 1.2 低电平与高电平的阈值电压： 针对TTL和CMOS逻辑电平的混合系统，阐述电平转换缓冲器（Level Shifter）的设计准则，重点分析了在系统冷启动初期，主板上各组件电压不稳定的情况下，固件如何确保关键控制信号（如复位脉冲）的完整性。 1.3 总线仲裁机制的硬件实现： 深入研究共享内存架构中，DMA控制器与CPU之间进行总线访问权交接的硬件电路逻辑。通过真值表和状态机图，解析了如何避免总线争用和数据冲突。 第二章：内存映射与地址解码的艺术 本章的核心在于理解系统启动时，固件如何识别和初始化系统中的各个内存区域，特别是ROM、RAM和I/O端口的物理布局。 2.1 地址总线的细粒度划分： 针对采用分段式内存寻址的架构，详细拆解段寄存器与偏移地址的组合过程，计算并模拟了特定地址范围内（如C000h至FFFFh）的ROM芯片的片选逻辑解码电路。 2.2 静态RAM（SRAM）与动态RAM（DRAM）的初始化差异： 对比了SRAM的即插即用特性与DRAM复杂的刷新周期要求。重点讲解了如何通过固件代码序列，在系统内存控制器（如果存在）中编程写入刷新率、行地址选通（RAS）和列地址选通（CAS）的时序参数。 2.3 固件对“影子内存”的访问策略： 分析了在追求速度的系统中，如何利用内存映射技术将ROM中的特定代码块（如BIOS/启动代码的初始化部分）临时映射到高速RAM区域执行，以及代码返回原处时内存映射的切换操作。 第二部分：基础固件：系统自检与硬件初始化序列 本部分将系统引导过程分解为一系列不可分割的硬件初始化步骤，专注于底层代码如何与芯片组进行“对话”。 第三章：处理器复位向量的追踪与初始状态构建 3.1 复位流程的硬件触发与软件响应： 详细描述了电源上电复位（Power-On Reset, POR）信号的持续时间，以及处理器进入预设的初始执行地址（如FFFF0h或0000h）后，寄存器处于何种已知状态。 3.2 基础寄存器堆栈的建立： 解释了在进入第一个高级初始化例程之前，固件如何手工设置堆栈指针（SP）到一片已知的、受保护的RAM区域，以便后续调用子程序和处理中断。 3.3 中断向量表的初步映射： 阐述了如何首先在内存的低地址区域（如0000h开始）写入程序跳转指令，指向第一个中断处理例程的入口点，即使此时大部分中断控制器尚未完全配置。 第四章：I/O端口的顺序化访问与设备驱动的萌芽 本章侧重于对关键外设的低级编程，这部分内容与应用软件的运行环境无关，纯粹是硬件状态的配置。 4.1 编程定时器/计数器芯片： 详细分析了如555系列或专用的系统定时器芯片（如PIT）的八位模式和十六位模式下的寄存器写入顺序，用以产生系统基准时钟滴答（Tick Rate）。 4.2 串行和并行通信端口的寄存器配置： 针对早期的UART（通用异步收发传输器）芯片，剖析了如何通过写入波特率分频器、数据格式控制字（DLAB、DCR）等寄存器，实现数据收发的就绪状态。 4.3 键盘控制器与系统唤醒机制： 探讨了键盘控制器（KBC）的I/O端口读写时序，以及如何通过发送特定的命令字节使其进入或退出“自检”模式，确保系统能在外部事件（如键盘输入）发生时被正确唤醒。 第三部分：高级固件技术与跨平台兼容性挑战 第五章：非易失性存储器的读写协议与扇区管理 本书深入研究了用于存储启动代码的ROM/EEPROM芯片的底层读写时序，以及在不使用操作系统驱动的情况下，固件如何管理这些存储介质。 5.1 闪存与EEPROM的擦除/编程周期管理： 分析了用于固件升级的非易失性存储器的“块擦除”和“写入操作”所需的时间延迟，以及固件必须在这些操作期间保持系统稳定或进入特定暂停模式的方法。 5.2 校验和与数据完整性： 讨论了在启动代码的最后阶段，固件如何计算并验证自身代码的完整性（例如，使用CRC或简单的校验和算法），以避免因存储介质错误导致的系统崩溃。 第六章：特定架构的扩展总线与协处理器接口 本章涵盖了针对特定硬件平台，固件需要额外处理的复杂接口。 6.1 扩展总线（如NuBus或EISA）的初始化流程： 对于采用复杂扩展总线的系统，固件需要执行的硬件枚举和资源分配的第一阶段，特别是Bus Mastering设备的DMA请求处理器的初始化。 6.2 数学协处理器的检测与激活： 在主CPU不具备浮点运算能力时，阐述了固件如何通过特定的指令序列（如FWAIT指令前对特定控制寄存器的检查），来确认数学协处理器（如80287）的存在，并将其集成到中断处理流程中。 总结 《数字时代的基石》提供了一套完整的、自下而上的视角，用于理解现代计算设备在启动那一刻所经历的底层物理和逻辑交互。它详尽地记录了那些被现代操作系统抽象掉的、构建可靠计算环境的每一个关键步骤。本书的读者将获得对早期硬件设计哲学及其严苛要求的深刻理解。

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