The 68000/68020 Microprocessors pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Prentice Hall

作者:Walter A. Triebel

出品人:

页数:576

译者:

出版时间:1991-2-17

价格:USD 188.20

装帧:Paperback

isbn号码:9780138121327

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深入探索数字世界的基石：微处理器架构与系统设计前沿精览 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，聚焦于现代计算核心——微处理器的架构演进、底层工作原理、以及如何将这些强大的处理单元集成到复杂系统中。我们将避开对特定型号处理器的详细硬件手册式描述，转而探讨支撑所有高性能计算的通用设计哲学、核心技术突破以及未来发展趋势。 第一部分：计算范式的演进与处理器核心原理 本部分将追溯计算能力从早期简单逻辑电路向复杂指令集架构（ISA）过渡的历史脉络，重点剖析指令集设计对软件效率的深远影响。 第一章：指令集架构（ISA）的哲学思辨 我们将从计算理论的视角出发，分析精简指令集计算机（RISC）与复杂指令集计算机（CISC）范式之间的根本差异。讨论如何通过指令集的抽象层次，平衡硬件实现的复杂性与软件编译的效率。内容将涵盖： 操作码设计与寻址模式： 探索不同寻址方式（如直接、间接、变址、相对寻址）如何影响数据访问的速度和代码密度。 条件码与标志位管理： 分析在流水线执行环境中，如何高效地管理和利用状态寄存器来支持程序分支的准确性。 ISA的扩展性与兼容性： 研究现代处理器如何通过引入新的指令集扩展（如向量处理、加密加速）来适应特定应用的需求，同时保持向后兼容的挑战。 第二章：流水线技术与时钟周期的优化 现代处理器性能的提升主要依赖于并行化。本章将聚焦于指令级并行（ILP）的核心实现技术——指令流水线。 基本流水线结构： 详细解析取指、译码、执行、访存、写回五个阶段的工作机制及其潜在的“流水线冒险”（结构冒险、数据冒险、控制冒险）。 冒险的消除与管理： 深入探讨数据前递/旁路（Data Forwarding/Bypassing）技术如何减少数据依赖引起的停顿。阐述分支预测（Branch Prediction）算法，包括静态预测、动态预测器（如两比特饱和计数器、GShare）的工作原理，以及分支目标缓冲器（BTB）的作用。 超标量架构的引入： 介绍如何利用多个执行单元并行处理指令，以及这如何依赖于编译器或硬件的调度能力。 第三章：内存层级结构与缓存一致性 处理器速度的飞速发展使得存储器延迟成为系统瓶颈。本章将重点解析为克服这一瓶颈而设计的多级缓存系统（Cache Hierarchy）。 缓存组织原理： 剖析直接映射、全相联和组相联缓存的优劣，以及块替换策略（如LRU、随机替换）。 虚拟内存与地址转换： 阐述内存管理单元（MMU）如何将虚拟地址转换为物理地址，包括页表结构和TLB（转译后备缓冲器）的作用。 多处理器缓存一致性协议（Coherence Protocols）： 探讨在多核系统中，如何通过监听协议（Snooping）或目录协议（Directory-based）来确保所有处理器看到的数据视图是一致的。讨论MESI协议及其变体在维护数据正确性中的关键作用。 第二部分：系统集成与互连技术 强大的处理器需要高效的I/O和数据传输能力来充分发挥其潜力。本部分侧重于处理器如何与外部世界进行高速通信。 第四章：总线架构与片上互连 本章探讨处理器与内存、外设之间的数据传输通道——总线和片上网络（NoC）。 传统总线架构的限制： 分析共享式总线的带宽瓶颈和仲裁机制的复杂性。 点对点互连的兴起： 介绍现代系统中常用的高速串行通信技术，如PCI Express（PCIe）的基本拓扑结构、事务层（TLP）和数据链路层（DLLP）的工作流程。 片上网络（NoC）的设计： 探讨在多核SoC中，如何利用二维网格、环形或破 ক্ষত（Torus）等拓扑结构，通过路由器和交换机实现低延迟、高带宽的片上通信。 第五章：中断处理与异常管理 系统响应外部事件和内部错误的能力是操作系统的基础。本章深入分析处理器如何有效地管理中断和服务例程。 中断类型与优先级： 区分硬件中断、软件中断和陷阱（Trap）的区别，以及优先级抢占机制。 上下文切换的开销： 详细解析当发生中断时，处理器为保存和恢复当前执行上下文所需执行的指令序列和寄存器保存机制。 特权级别与保护： 探讨处理器如何实现用户态和内核态（或更高权限级别）之间的隔离，以确保系统稳定性，防止恶意或错误的用户程序破坏操作系统核心。 第三部分：并行计算与未来趋势 本部分展望未来处理器设计的发展方向，重点关注并行化和能效优化。 第六章：向量处理与单指令多数据（SIMD） 随着数据密集型应用的增长，如何用一条指令处理多个数据元素成为关键。 SIMD的实现： 讨论宽寄存器和数据打包的概念，以及如何在ALU级别实现并行数据操作。 编译器对SIMD的支持： 分析自动向量化技术，即编译器如何识别循环中的数据依赖性，并自动生成SIMD指令，以最大化硬件吞吐量。 第七章：能效与功耗优化设计 在移动设备和大规模数据中心中，能效已与绝对性能同等重要。 动态电压与频率调节（DVFS）： 解释如何根据工作负载实时调整核心电压和时钟频率，以实现性能与功耗的最佳平衡。 时钟门控与电源门控： 介绍在不活动单元或低优先级单元上关闭时钟或完全断电的技术，以减少静态和动态功耗。 本书提供了一种高屋建瓴的视角，帮助读者理解支撑当代一切数字计算的复杂且精妙的工程实现。它侧重于为什么这些技术被采用，以及它们在系统层面如何协同工作，而非局限于单一芯片的数据手册细节。

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初次接触《The 68000/68020 Microprocessors》这本书，我便被其严谨的学术态度和丰富的技术内容所吸引。它不像市面上一些泛泛而谈的科普读物，而是深入到了微处理器的核心技术层面，为读者提供了一次系统性的学习体验。我尤其看重书中对指令集架构（ISA）的详细阐述，从数据处理指令到控制流指令，再到特殊的面向块的指令，每一个指令的格式、功能以及执行过程都被讲解得明明白白。这为我理解不同处理器架构的差异，以及汇编语言编程的精髓，提供了重要的参考。书中对于中断控制器（Interrupt Controller）的讲解，也让我大开眼界，它揭示了在多任务操作系统环境下，如何高效而有序地处理来自不同设备的各种中断请求，这在当时的技术条件下，无疑是一项巨大的工程。我曾经花费了很长时间，去研究书中关于向量表（Vector Table）和中断服务程序（ISR）的交互过程，这种对细节的关注，让我在理解中断处理的机制时，不再感到模棱两可。此外，本书对于内存管理单元（MMU）的深入剖析，更是让我领略到现代计算机系统内存管理的重要性。书中关于段式内存（segmentation）和页式内存（paging）的描述，虽然在68020上有所区别，但其核心的设计思想，却对理解现代操作系统中的虚拟内存技术有着极大的指导意义。我记得书中有一个关于MMU如何处理页错误（page fault）的例子，这个例子生动形象地解释了操作系统如何在需要时，将数据从磁盘加载到内存中，这让我对内存的动态管理有了更深刻的认识。总而言之，这本书不仅是一本技术书籍，更是一次对计算机科学史的探索，让我有机会去了解和学习那些奠定现代计算机基础的重要技术。

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《The 68000/68020 Microprocessors》这本书，对我而言，是一次关于“精益求精”的技术学习之旅。它所阐述的68000系列处理器，在当时无疑是技术上的巅峰之作，而本书的作者，则以一种近乎虔诚的态度，为我们揭示了其背后的设计哲学。我特别喜欢书中对于指令延迟（instruction latency）和吞吐量（throughput）的讨论，这让我理解了为什么在设计处理器时，需要在执行速度和单位时间内完成的任务数量之间取得平衡。书中关于流水线（pipelining）的讲解，更是让我看到了现代处理器设计是如何通过并行处理，来大幅提升性能的。虽然68000系列的流水线相对简单，但其核心思想，却是贯穿至今的。我曾仔细研究过书中关于分支预测（branch prediction）的初步概念，虽然在68000系列中可能并没有那么复杂，但它已经预示了未来处理器在优化执行路径方面的发展方向。本书的语言，严谨而不失生动，作者善于用类比的方式，将抽象的计算机概念，与日常生活中的事物联系起来，这极大地降低了阅读的难度。我甚至尝试着根据书中的描述，去分析一些简单的汇编代码，理解它们在处理器上是如何被高效执行的。这本书，让我对计算机科学的底层原理有了更深刻的认识，也让我看到了技术发展背后，那些默默奉献的工程师们的智慧和汗水。

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这本书《The 68000/68020 Microprocessors》的阅读体验，就像是在探索一个精密的机械装置，每一个齿轮、每一个连杆的运作都充满了逻辑的美感。它所讲解的内容，对于理解微处理器的工作原理，起到了至关重要的作用。我尤其欣赏书中关于时序图（timing diagrams）的绘制和讲解，这让我能够直观地理解CPU与内存、外设之间信号的传递和交互。对于我来说，这是理解硬件底层运作最直接的方式。书中对各种总线协议的描述，比如访问内存的读写周期，以及如何处理总线仲裁，都让我受益匪浅。这让我明白了，处理器不仅仅是一个独立的计算单元，更是整个计算机系统中的一个关键节点，需要与其他组件进行高效的协同工作。我曾经花了大量的时间，去揣摩书中关于DMA（Direct Memory Access）的介绍，了解CPU是如何将数据传输的任务交给DMA控制器，从而解放CPU去做其他计算任务的。这让我明白了，效率的提升，往往来自于巧妙的系统设计和分工。本书的语言风格，虽然是技术性的，但作者善于将复杂的概念，通过简洁的语言和清晰的逻辑进行阐述，使得我在阅读过程中，不会感到过于晦涩。我甚至尝试着根据书中的描述，去设计一个简单的CPU控制逻辑，虽然只是纸上谈兵，但这种实践式的学习，极大地加深了我对知识的理解。这本书，为我打开了计算机硬件世界的一扇窗，让我看到了那些支撑起现代计算的基石。

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这本《The 68000/68020 Microprocessors》对我来说，与其说是一本技术手册，不如说是一次跨越时空的深度对话。我还记得当年第一次翻开它时的那种既期待又略带忐忑的心情，毕竟，68000系列处理器在那个个人电脑刚刚崭露头角的年代，如同神秘的皇冠，承载着无数的梦想和技术革新。书中的每一个章节，都像是一位经验丰富的老工程师，耐心细致地为我揭示着这颗心脏的每一次跳动。它并没有上来就用枯燥的代码和时序图将我淹没，而是从一个宏观的视角，循序渐进地讲述了68000系列的设计理念、历史背景以及它在当时是如何颠覆性的存在。我尤其喜欢它在介绍寄存器、寻址模式以及指令集时所采用的逻辑，那种严谨而不失条理的编排，让我能够清晰地理解每一个概念是如何相互关联，共同构建起这个强大的处理器核心。书中对中断处理、内存管理单元（MMU）的详尽阐述，更是让我看到了设计者们在有限的硬件条件下，如何巧妙地实现复杂的功能，这对于理解现代处理器的演进轨迹，有着极其重要的启发意义。读这本书，我仿佛能听到当年那些早期的Macintosh、Amiga和Atari ST电脑在低语，它们身上的每一个像素点，每一次图形的刷新，都离不开68000系列强大的支撑。书中的插图和图表，并非简单地用来填充页面，而是真正地起到了画龙点睛的作用，将抽象的概念具象化，让那些原本可能令人望而生畏的电路图和时序波形，变得容易理解和记忆。我曾花上数个小时，反复揣摩书中关于管线化（pipelining）和缓存（caching）的解释，虽然68000系列在这方面的实现相比现代处理器显得朴素，但其背后蕴含的设计思想，却是通用且宝贵的。这本书让我深刻体会到，技术的发展并非一蹴而就，而是建立在前人的智慧和不断的探索之上。它让我对微处理器这门学科产生了更浓厚的兴趣，也让我对工程师们在那个年代所展现出的创造力，充满了敬意。

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《The 68000/68020 Microprocessors》这本书，对我来说，不仅仅是一份技术文档，更像是一次穿越时空的技术对话，与那些创造了计算机黄金时代的工程师们进行的交流。书中的内容，从宏观的架构设计到微观的指令细节，都体现出一种深刻的洞察力。我特别喜欢书中关于“面向对象”的设计思想在处理器指令集中的体现，虽然当时并没有明确的“面向对象”概念，但68000系列在某些指令的设计上，已经展现出了对复杂数据结构的良好支持，这在当时是革命性的。我曾仔细研究过书中关于多任务支持的章节，特别是它如何通过硬件机制来协助操作系统进行任务切换和资源管理。这让我明白，处理器硬件的进步，是如何直接推动软件技术的飞跃。书中关于浮点运算单元（FPU）的介绍，虽然68020可能需要外接协处理器，但其对浮点指令的考虑和支持，已经为后续的处理器发展奠定了基础。我记得书中有一个关于性能优化的讨论，它分析了指令流水线、缓存以及等待周期对整体性能的影响。这让我意识到，处理器设计不仅仅是实现功能，更是关于效率和性能的极致追求。读这本书，我仿佛能够看到那些早期的Macintosh电脑如何流畅地运行图形界面，Amiga电脑如何展现出令人惊叹的多媒体能力，这一切都离不开68000系列强大的心脏。这本书让我对计算机体系结构有了更深入的理解，也让我对半导体技术的演进过程，充满了敬意。

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这本书的阅读体验，就好像是置身于一个充满智慧的实验室，空气中弥漫着电焊的微弱气味和电路板淡淡的松香味。它不仅仅是关于68000和68020这两个具体型号的处理器，更像是一次关于计算机体系结构设计哲学的一次深入剖析。作者并没有回避那些复杂的细节，比如指令流水线的内部运作机制，或者是MMU是如何将虚拟地址映射到物理地址的。相反，他用一种极具条理性和逻辑性的方式，将这些复杂的概念一层一层地剥开，让我得以窥见其内在的精妙之处。我特别欣赏书中关于数据通路（datapath）和控制单元（control unit）的讲解，通过详细的图示和文字描述，我能够清晰地理解指令是如何被解码、执行，并最终产生结果的。这对于我理解CPU的工作原理，产生了巨大的帮助。而且，书中还穿插了一些68000系列在实际应用中的案例分析，这让理论知识变得更加生动和实用。我曾仔细研究过书中关于不同寻址模式的对比分析，特别是其强大的列表处理能力和索引寻址方式，这在当时的软件开发中，无疑是一种巨大的优势，也难怪68000系列能在各种高端应用中占据一席图。本书的语言风格，虽然严谨，但并不枯燥，作者善于用类比和形象的比喻来解释抽象的概念，这让我在阅读过程中，始终保持着一种轻松和愉悦的学习状态。我甚至还尝试着根据书中的描述，在脑海中模拟执行一些简单的汇编指令，这种主动的学习方式，极大地加深了我对知识的理解。这本书就像一位循循善诱的老师，不仅传授了知识，更教会了我如何去思考，如何去分析问题，如何从宏观到微观地理解一个复杂的技术系统。它让我对计算机硬件的底层原理有了更深刻的认识，也为我后续的学习打下了坚实的基础。

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初次翻阅《The 68000/68020 Microprocessors》，我便被其庞大的知识体系所震撼。它并非一本简单的入门指南，而更像是一次系统性的学术研究，为读者提供了一个深入理解68000系列处理器核心技术的平台。我尤其看重书中对内存管理单元（MMU）的详尽解析，它不仅介绍了MMU的基本功能，还深入探讨了其在虚拟内存、内存保护等方面的应用。这让我深刻理解了，为什么现代操作系统能够同时运行多个程序，并且保证它们之间的安全隔离。书中对MMU的页表（page table）结构和TLB（Translation Lookaside Buffer）的讲解，更是让我看到了内存管理效率的精妙设计。我曾花费了大量时间，去理解MMU如何通过硬件机制，加速虚拟地址到物理地址的转换，这对于我理解内存访问的性能瓶颈，有着重要的启发意义。此外，本书对中断机制的深入剖析，也让我对处理器如何响应外部事件有了更清晰的认识。它详细介绍了不同优先级的总线请求和中断请求的处理流程，以及CPU如何通过中断向量来查找中断服务程序。这让我明白了，在复杂的系统中，如何保证关键任务的及时响应。总而言之，这本书不仅是一本技术书籍，更是一次对计算机系统设计思想的探索，它让我看到了68000系列处理器在当时所展现出的前瞻性和创新性。

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拿到《The 68000/68020 Microprocessors》这本书，我最初是带着一种“探险”的心态去翻阅的，毕竟68000系列处理器在当时可是“高端”的代名词，其技术细节对我而言，如同埋藏在古老遗迹中的珍宝。然而，随着阅读的深入，我发现这本书并非只是冷冰冰的技术堆砌，而是充满了逻辑的智慧和设计的巧思。书中对于CPU的内部结构，比如算术逻辑单元（ALU）、指令译码器、寄存器文件等关键组成部分的讲解，清晰明了，让我能够清晰地勾勒出CPU在执行指令时，数据流动的轨迹。我尤其欣赏书中对于不同数据类型的处理方式，以及各种操作符的优先级和结合性。这对于理解程序在CPU上是如何被真正执行的，至关重要。我还记得书中有一个章节，专门讲解了68000系列在总线接口（Bus Interface）方面是如何工作的，包括地址总线、数据总线和控制总线的交互逻辑。这让我明白了CPU是如何与外部存储器和I/O设备进行通信的，也让我看到了现代总线技术的发展脉络。本书对于异常处理（Exception Handling）的阐述，也让我印象深刻。它详细介绍了各种异常类型，如总线错误、地址错误、非法指令等，以及CPU在遇到这些异常时是如何响应的，这对于编写健壮的程序，以及理解系统的稳定性至关重要。读这本书，我仿佛能够感受到当年工程师们在设计这些处理器时所面临的挑战，以及他们如何凭借智慧和毅力，克服重重困难，创造出如此精妙的硬件。它让我对计算机底层原理的理解，上升到了一个新的高度，也让我更加珍惜如今触手可及的计算能力。

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我一直认为，《The 68000/68020 Microprocessors》这本书，与其说是学习一本技术书籍，不如说是在进行一场关于“工程智慧”的探索。它所展示的，不仅仅是68000系列处理器的技术细节，更是当年工程师们在有限的资源下，如何通过精巧的设计，实现强大的功能。我尤其欣赏书中对于“兼容性”的考量，虽然68000系列本身也有不同的版本，但其设计理念，却为后续的处理器发展提供了宝贵的经验。书中关于并行处理（parallel processing）的初步探讨，虽然在68000系列中可能并不像现代多核处理器那样复杂，但其核心思想，已经为未来的处理器设计指明了方向。我曾花费了大量时间，去研究书中关于流水线（pipeline）的结构，以及如何通过重叠执行指令，来提高处理器的效率。这让我明白，性能的提升，往往来自于对执行流程的精细优化。本书的语言风格，虽然技术性强，但作者善于用清晰的逻辑和层层递进的方式，引导读者一步步深入理解。我甚至尝试着根据书中的描述，去分析一些早期的操作系统内核代码，理解它们是如何与68000系列处理器进行交互的。这本书，让我对计算机硬件的底层运作有了更深刻的认识，也让我对工程技术的发展，充满了敬意。

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《The 68000/68020 Microprocessors》这本书，在我看来，是一次关于“艺术与科学结合”的阅读体验。它将严谨的科学原理，通过清晰的图表和生动的文字，呈现出一种别样的美感。我特别喜欢书中关于指令编码（instruction encoding）的讨论，这让我了解了为什么不同的指令，会有不同的二进制表示，以及这种编码方式是如何影响指令的解码速度和处理器设计的复杂度的。书中对不同数据类型（字节、字、长字）在寄存器和内存中的存储方式的讲解，也让我对数据的表示有了更深刻的理解。我曾仔细研究过书中关于地址空间的划分，以及CPU如何通过地址总线来访问不同范围的内存区域。这让我明白了，处理器的寻址能力，是如何决定了其能够处理的数据量和内存大小的。本书对位操作（bit manipulation）指令的详细介绍，也让我印象深刻。这些指令虽然看起来简单，但在进行底层编程和硬件控制时，却显得尤为重要。我甚至尝试着根据书中的描述，去编写一些简单的位操作程序，体验其高效的执行效率。这本书，为我打开了计算机底层世界的一扇门，让我看到了那些支撑起现代数字世界的基石。

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