微机原理与接口技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:162

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出版时间:2010-1

价格:19.00元

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isbn号码:9787563519828

丛书系列:

图书标签:

• 微机原理
• 计算机组成原理
• 接口技术
• 汇编语言
• 8086
• 微处理器
• 数字电路
• 计算机硬件
• 嵌入式系统
• 单片机

《计算机硬件系统设计与实践》 图书简介 本书深入剖析了现代计算机硬件系统的核心组成、工作原理及其设计方法，旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解从底层逻辑到复杂系统集成的全过程。内容覆盖了数字逻辑基础、处理器架构、存储系统、输入/输出（I/O）设备接口以及系统级性能优化等关键领域。 第一部分：数字逻辑与基础构建 本部分奠定了理解所有数字电子系统的基石。我们从布尔代数和逻辑门开始，系统地阐述了组合逻辑电路（如编码器、译码器、多路选择器和算术逻辑单元ALU）的设计与实现。随后，深入探讨了时序逻辑电路，包括锁存器、触发器、寄存器组和计数器的构造原理。重点分析了这些基本元件如何被抽象和集成，形成更高级的功能模块，例如状态机（FSM）的设计方法，这对于理解控制单元的工作机制至关重要。此外，本章还涉及半导体器件的开关特性，以及CMOS技术的电流消耗与速度权衡，为后续的电路级优化打下基础。 第二部分：中央处理器（CPU）架构与流水线技术 本部分是本书的核心，专注于解析现代高性能处理器的内部结构和运行机制。内容首先从指令集架构（ISA）的分类（如CISC与RISC）入手，详细介绍了指令格式、寻址模式和操作数的组织方式。随后，我们进入CPU数据通路的设计，剖析了单周期、多周期以及硬布线控制器的实现。 重点章节详细阐述了指令流水线技术，包括五级流水线（取指、译码、执行、访存、写回）的结构、数据冒险、控制冒险以及相应的解决方案（如数据前递/旁路和分支预测）。我们不局限于理论，还结合MIPS或RISC-V等典型架构案例，演示如何通过优化流水线结构和引入乱序执行（Out-of-Order Execution）机制来最大化吞吐量和降低延迟。现代CPU中的缓存层次结构（L1, L2, L3）作为提高有效访存速度的关键，其工作原理、替换策略（如LRU）以及如何与流水线协同工作，进行了深入的数学建模和性能分析。 第三部分：存储器系统与层次结构 本部分系统地考察了计算机系统中的存储器体系。从最快的寄存器文件到最慢的辅助存储器，我们按照速度和容量对存储介质进行分类。重点剖析了半导体存储器（SRAM和DRAM）的内部组织、刷新机制和地址映射方法。 缓存存储器作为CPU性能的关键瓶颈解决者，其设计细节被详尽解析，包括直接映射、集合关联映射和全关联映射的冲突概率与命中率计算。我们引入了性能评估指标，如平均访存时间（AMAT），并探讨了TLB（快表）在虚拟内存管理中的作用，解释了硬件如何支持操作系统的内存保护和地址转换。对于大容量存储，本书也涵盖了固态硬盘（SSD）的工作原理，特别是NAND闪存的读写机制、磨损均衡（Wear Leveling）技术及其对系统性能的影响。 第四部分：系统互连与输入/输出（I/O）系统 本部分关注系统内部各组件（CPU、内存、外设）之间如何高效通信。我们首先介绍总线结构，包括同步总线和异步总线，以及仲裁机制在共享资源访问中的重要性。随后，深入讲解了现代高速I/O接口技术，如PCI Express（PCIe）的拓扑结构、事务层、数据链路层和物理层。通过分析其点对点、多根树结构，读者将理解现代主板如何实现低延迟、高带宽的数据传输。 输入/输出控制部分详细阐述了程序控制I/O、中断驱动I/O和直接内存访问（DMA）的工作流程。DMA控制器如何接管数据传输，从而解放CPU进行其他计算任务，是本章的重点。此外，本书还探讨了中断控制器（如APIC）的工作模式、中断向量表和异常处理流程，这是构建可靠、多任务操作系统的硬件基础。 第五部分：硬件描述语言与系统级设计实践 为实现从理论到实际的跨越，本部分引入了硬件描述语言（HDL）——Verilog和VHDL——作为系统设计的工业标准工具。我们教授如何使用这些语言描述数字电路的行为和结构，并重点讲解了如何将高层次的算法转化为可综合的RTL（寄存器传输级）代码。 本章通过具体项目实例，展示了如何利用HDL对一个精简的RISC处理器进行建模、仿真和综合。内容涵盖了时序约束的定义、综合工具的优化过程，以及如何使用FPGA平台对设计进行验证和部署。这部分内容旨在培养读者利用现代EDA工具链进行硬件原型设计和验证的能力，理解从规格到物理实现的工程流程。 第六部分：未来趋势与嵌入式系统考量 最后，本书展望了硬件领域的前沿发展，包括多核处理器的并行化挑战、异构计算（GPU/加速器）的集成模式，以及硬件安全模块（如可信计算基TCG）在防止侧信道攻击中的应用。对于资源受限的嵌入式系统，我们讨论了功耗敏感型设计原则，如时钟门控、电源门控以及低功耗状态管理，这些都是确保移动和物联网设备续航能力的关键技术。 目标读者： 本书适合于计算机科学、电子工程、自动化等专业的高年级本科生、研究生，以及需要深入了解计算机底层硬件架构、参与处理器或系统设计、硬件加速器开发的高级工程师和技术人员。阅读本书需要具备一定的数字电路和微积分基础。

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这本书的系统性和结构完整性，是我近期阅读过的技术书籍中少有的典范。它不是简单地把微处理器、存储器、外设接口这些模块割裂开来介绍，而是始终围绕着一个中心主线——“如何让软件与硬件高效地协同工作”来组织内容的。从最底层的晶体管开关模型开始，逐步向上构建出指令集、内存管理，最后汇聚到复杂的系统级通信协议。这种自下而上的构建方式，使得读者在学习后续章节时，总能清晰地知道新知识点是如何建立在前面所学的基础之上的。我特别欣赏它对不同数据宽度和字节序处理的详细对比，这在实际跨平台开发中是至关重要的陷阱，但很多教材会一带而过。这本书则将这些细节处理得丝丝入扣，确保读者在构建复杂系统时，不会因为这些“小问题”而卡住。它真的提供了一个全面、无缝的知识视图。

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这本书的排版和插图真是让人眼前一亮，感觉不像那种枯燥的技术手册，更像是一本精心制作的艺术品。每一个章节的布局都非常合理，从基础概念的引入到复杂电路的分析，过渡得极其自然流畅。作者在讲解那些晦涩难懂的底层逻辑时，似乎总能找到一个绝妙的比喻，让我这个初学者也能迅速抓住核心。特别是关于寄存器和内存地址映射的部分，那些彩色的图示和流程图简直是神来之笔，一下子把原本抽象的东西具象化了。我常常会花额外的时间去欣赏那些精美的截图和代码示例的格式，它们不仅清晰易读，而且排版上的那种匠心独运，真的体现了出版团队的专业水准。有时候，读技术书读到困倦，翻到其中一张清晰的系统架构图，那种豁然开朗的感觉，比喝一杯浓咖啡都管用。这本书的纸张质量也很棒，拿在手里有分量，装订也十分结实，可以放心大胆地在上面做大量的批注和标记，感觉能伴随我度过很长一段时间的学习旅程。

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我得说，这本书的内容深度和广度都超出了我的预期，尤其是在对现代处理器架构的演进描述上，简直是一部浓缩的历史画卷。它没有停留在简单的指令集介绍，而是深入剖析了流水线、缓存一致性这些前沿课题背后的设计哲学。我特别欣赏作者在阐述“为什么”要这么设计时所花费的心思，而不是仅仅罗列“是什么”。例如，在讨论中断处理机制时，书中不仅详述了具体的中断向量表结构，还对比了不同架构在实时性上的权衡，这种辩证的分析方式，让我对底层系统的设计思路有了更深层次的理解。读完关于总线仲裁的那一章，我简直想立刻动手搭建一个简易的多处理器模型来验证书中的理论。这本书的参考资料和索引部分做得也极其详尽，每当我对某个术语感到疑惑时，都能迅速回溯到最初的定义或相关的进阶阅读推荐，构建了一个非常完整的知识网络，而不是孤立的知识点堆砌。

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这本书的语言风格简直是教科书界的一股清流，它既保持了学术的严谨性，又充满了近乎于“讲故事”的亲和力。我通常对那些动辄使用大量拉丁文缩写和晦涩术语的教材望而却步，但这本书的作者似乎深谙如何与读者“对话”。他们总是在关键时刻插入一些幽默而恰当的批注，或者用非常口语化的方式来解释一个复杂的硬件限制。比如，在解释I/O端口映射冲突时，作者竟然比喻成“两个邻居想用同一个门牌号收信”，瞬间就把那种困扰许久的概念给打通了。这种叙事性的教学方法，极大地降低了阅读的心理门槛。我发现自己不再是被动地接受信息，而更像是跟随一位经验丰富的导师在实验室里进行一次次充满探索乐趣的实验。读起来毫不费力，但收获却实实在在，没有那种“为了复杂而复杂”的故作高深。

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这本书在实践指导这块做得尤为出色，绝非纸上谈兵的理论堆砌。我发现书中的每一个主要章节后面，都附带着精心设计的上机实验指导，这些实验的难度设置非常巧妙，循序渐进地将理论知识转化为可操作的代码和硬件配置。最让我惊喜的是，它提供的不仅是“做什么”，更是“为什么这么做”的底层逻辑复盘。例如，在调试一个简单的并行通信程序时，书中会引导你分析示波器上信号波形的具体形态，并对应到汇编指令的执行周期，这种硬核的、工程实践层面的指导，市面上很多同类书籍是缺失的。我用书里的实验代码作为起点，已经成功跑通了一个小型嵌入式系统的基本数据交换模块。这本书仿佛是一个耐心的教练，它不仅教你写程序，更教你如何像一个真正的硬件工程师那样去思考和验证。

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