外围接口控制用微机入门

外围接口控制用微机入门 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:科学出版社
作者:中尾真治
出品人:
页数:241
译者:王棣棠
出版时间:2003-9
价格:30.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787030111883
丛书系列:
图书标签:
  • 外围接口 控制用微机 入门
  • 微机原理
  • 外围接口
  • 单片机
  • 嵌入式系统
  • 电子技术
  • 入门
  • 控制工程
  • 计算机硬件
  • 8086
  • 汇编语言
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具体描述

《外围接口控制用微机入门》是引进日本OHM社版权的“机器人竞技系列”之一。该系列共九种,分别为《机器人竞赛指南》、《机器人制作宝典》、《机器人组装大全》、《自律性机器人制作》、《有视觉机器人制作》、《机器人C语言机电一体化接口》、《外围接口控制用微机入门》、《逻辑集成电路搭载机器人制作入门》及《机器人集锦》。《外围接口控制用微机入门》介绍了外围接口控制用微机的概况,从程序的编制开始讲起,涉及了PIC微机的基本构成、程序设计过程中所需的基本指令、存储器、PIC微机的具体功能,并且将在设计过程中所涉及到的指令,以具体例题的形式进行讲解,便于读者理解使用。《外围接口控制用微机入门》也可作为大、中、小学生参加竞技机器人大赛或制作竞技机器人的参考手册,也可供广大青少年竞技机器人爱好者阅读参考。

深入理解现代计算机体系结构:从硬件到操作系统 本书旨在为初学者和希望系统性梳理计算机核心原理的读者,提供一个全面、深入且易于理解的现代计算机体系结构指南。 我们将聚焦于计算机如何从最底层的电子信号转变为高效执行复杂任务的复杂系统,涵盖硬件设计、指令集架构、内存管理、并行处理以及操作系统与硬件的交互机制。 第一部分:计算机的基石——数字逻辑与硬件基础 本部分将带领读者回到计算机工作的最基本层面——电子学和布尔代数。我们将详细剖析晶体管如何作为开关,构建出逻辑门(与、或、非、异或等),并进一步利用这些门电路搭建出更复杂的组合逻辑和时序逻辑电路。 1.1 信号与二进制: 深入探讨为什么计算机采用二进制系统,解析电压高低如何精确映射为逻辑“1”和“0”。介绍数制转换(二进制、八进制、十六进制)在计算机科学中的实际应用。 1.2 组合逻辑电路: 重点讲解全加器、多路选择器(MUX)、译码器和锁存器(Latch)的工作原理。我们将通过实际案例说明这些基础模块如何构建算术逻辑单元(ALU)的核心功能。 1.3 时序逻辑与存储单元: 详细分析触发器(Flip-Flop)的结构及其在存储单个比特信息中的作用。介绍寄存器组(Register File)的构建方式,以及如何使用移位寄存器实现数据在处理器内部的快速移动。 1.4 内存层级结构(SRAM与DRAM): 区分静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)的物理差异、读写机制和应用场景。深入探讨它们在构建片上缓存(Cache)和主内存(RAM)中的重要性。 第二部分:指令集架构(ISA):软件与硬件的桥梁 指令集架构是定义处理器如何理解和执行软件指令的蓝图。本部分将基于经典的精简指令集计算机(RISC)范式,辅以对复杂指令集计算机(CISC)的对比分析,深入讲解指令的构成与执行流程。 2.1 ISA的设计哲学: 探讨精简指令集(RISC)和复杂指令集(CISC)的设计哲学差异,分析现代处理器设计中向RISC-like微架构演进的趋势。 2.2 指令格式与寻址模式: 详细解析指令的编码方式,包括操作码、寄存器地址和立即数的位域划分。深入讲解各种寻址模式(如直接寻址、间接寻址、基址加偏移量寻址)如何影响内存访问效率。 2.3 数据通路与控制单元: 构建一个简化的单周期处理器数据通路图,展示取指、译码、执行、访存和写回五个阶段的基本数据流。随后,深入探讨控制单元如何根据指令译码结果生成时序信号,控制数据通路中的各个单元协同工作。 2.4 汇编语言实例分析: 通过具体指令序列(如数据加载、算术运算、分支跳转)来模拟处理器执行过程,帮助读者将抽象的指令概念与实际的程序执行流程对应起来。 第三部分:高性能计算:流水线、缓存与并行化 现代处理器性能的飞跃并非单纯依赖于提高时钟频率,而是依赖于精妙的微架构设计。本部分重点阐述如何通过时间上的重叠和空间上的复制来提升计算吞吐量。 3.1 指令流水线技术: 详述五级(或更多级)流水线的结构,解析指令在不同阶段的交错执行过程。深入探讨流水线中的核心挑战:数据冒险(Data Hazards)和控制冒险(Control Hazards),并详细介绍转发(Forwarding/Bypassing)和分支预测(Branch Prediction)机制如何解决这些问题。 3.2 存储器访问的优化——缓存系统: 系统性地介绍多级缓存(L1, L2, L3)的工作原理。重点剖析直接映射、全相联和组相联三种缓存映射策略的优劣及其实现细节。解析缓存的命中、未命中、写回与写直达策略对系统性能的影响。 3.3 虚拟内存与地址翻译: 讲解虚拟内存如何为每个进程提供隔离的地址空间,以及内存管理单元(MMU)如何利用页表和转换后援缓冲器(TLB),将虚拟地址高效地翻译成物理地址。 3.4 向量处理与多核架构简介: 简要介绍单指令多数据(SIMD)处理单元(如SSE、AVX)在加速数据并行任务中的作用。初步引入多核处理器(CMP)和多线程的基本概念。 第四部分:操作系统对硬件资源的抽象与管理 本部分探讨操作系统(OS)作为硬件与应用程序之间的中介,如何通过软件机制实现对CPU、内存和I/O设备的有效管理和调度。 4.1 CPU调度与上下文切换: 详细阐述操作系统如何实现多任务并发执行,介绍先进的调度算法(如时间片轮转、优先级调度、最短剩余时间优先)。深入剖析进程上下文切换(Context Switching)涉及的寄存器状态保存和恢复过程。 4.2 中断与异常处理: 解析中断(Interrupt)和异常(Exception)的本质区别及其在硬件和软件中的触发机制。详细描述中断向量表的作用以及处理器在响应中断时,如何安全地暂停当前执行流并跳转至内核处理程序。 4.3 I/O子系统与设备驱动: 介绍I/O操作的同步与异步模式,以及程序控制I/O、中断驱动I/O和直接内存存取(DMA)三种主要的数据传输方式。阐述设备驱动程序在操作系统内核中扮演的角色。 4.4 内存保护与隔离: 重申虚拟内存机制在实现进程隔离中的核心作用,并介绍保护环(Protection Rings)的概念,说明操作系统内核如何利用硬件支持(如特权级位)来保护自身代码和数据不被用户程序非法访问。 总结: 本书通过层层递进的方式,从最基础的逻辑门搭建起,逐步过渡到指令集设计、高性能微架构优化,最终抵达操作系统对这些硬件资源的抽象管理。读者在合上书卷时,将建立起一套清晰、完整的现代计算机系统工作模型,理解软件指令如何转化为物理世界中的电子脉冲,并高效地完成复杂计算任务。

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读后感

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这本书的排版和图示设计,堪称业界典范。很多技术书籍,内容再好,如果图表晦涩难懂,阅读体验也会大打折扣。但《外围接口控制用微机入门》在讲解复杂的同步异步通信时,所使用的时序图简直是教科书级别的清晰。它巧妙地用不同颜色的线条和标记,区分了地址线、数据线和控制信号的有效状态,让原本一团乱麻的总线操作变得层次分明。我尤其对书中关于“总线饥饿”现象的解释印象深刻,作者用一个生动的例子说明了CPU在等待慢速外设I/O操作时资源的浪费,并引出了更高效的接口控制策略。这本书的语言风格是那种严谨中带着鼓励的,它不会让你因为遇到技术难题而感到挫败,反而会让你觉得,只要掌握了这些基本原理,任何新奇的接口设计似乎都在你的掌控之中。对于那些渴望深入理解计算机如何与物理世界交互的爱好者或专业人士来说,这本书无疑提供了一个既坚实又易于攀登的知识阶梯。

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坦白讲,我最初购买这本书时是抱着“碰运气”的心态,因为市场上关于微机和接口的书籍实在太多了,很多都是互相抄袭、内容陈旧的“换皮货”。然而,这本书给我带来的是一种全新的阅读体验,尤其是在介绍并行输入输出(PIO)控制那一章。它没有使用那种刻板的教科书语言来描述数据如何在总线上流动,而是引入了“数据流的管道模型”,将数据在CPU、内存和外设之间的搬运过程具象化了。更令人称赞的是,它对不同时钟频率和总线周期下的操作差异进行了详尽的对比分析。我记得书里有一个专门的章节讲解了如何通过调整程序中的空循环(Busy Waiting)来实现粗略的时间同步,以及为什么在更高级的系统中我们会转而依赖定时器或DMA。这种对不同技术取舍背后逻辑的深度剖析,使得读者不仅学会了“怎么做”,更明白了“为什么这样做”。对于那些想在嵌入式系统设计中追求极致效率和可靠性的读者,这本书提供的底层视角,是建立起正确设计观念的基石。

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我是一个主要从事高级软件开发的工程师,平日里接触的都是高级语言和框架,对底层硬件的理解停留在API层面。这次为了参与一个嵌入式AI加速器的选型工作,必须补齐微机接口的知识短板。原本以为要啃下几本厚厚的数字电路和微机原理的经典教材,没想到《外围接口控制用微机入门》提供了一个非常实用的“捷径”。它的切入点非常贴合实际应用需求,比如它详细讲解了如何通过软件控制波特率和数据帧格式,来实现与一个老旧传感器模块的首次通信。这本书最大的特色在于,它对“控制”二字的理解非常透彻,不仅仅是读写寄存器,更包括了对错误校验、状态查询和异常处理的完整流程。书中关于硬件握手协议的描述,配上的流程图清晰到让人一眼就能看出哪个信号是Master发出的,哪个是Slave响应的。这对于我这种需要快速理解现有硬件接口规范的人来说,极大地缩短了学习曲线,让我能够迅速将理论知识转化为可验证的测试脚本。

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我最近在研究一个老旧的工业控制系统升级项目,需要理解那些陈旧的、基于特定微控制器架构的通信协议是如何实现的。我翻阅了好几本号称是“入门”的教材,结果发现它们要么过于偏向现代ARM架构的操作系统级应用开发,对底层的硬件交互描述蜻蜓点水;要么就是直接跳到了单片机的C语言编程,完全忽略了汇编层面对接口时序的精妙控制。直到我翻开这本《外围接口控制用微机入门》,才找到了久违的“对味”。这本书的核心价值在于,它非常扎实地回归到了微处理器与外设进行“握手”的那个物理和逻辑的交汇点。它没有回避诸如总线仲裁、电平转换这些看似“低级”但却是决定系统稳定性的关键环节。作者对不同类型的接口(比如串行、并行、甚至是一些早期的专用接口)的控制流程分析得丝丝入扣,每一步的延时计算、标志位的检查和清除,都有明确的实例支撑。读完关于中断处理的那几章后,我甚至能通过示波器准确判断出是我软件逻辑的问题还是外部电路的时序不匹配。这对于需要进行故障诊断和深度硬件定制的工程师来说,是无价之宝,它提供的知识深度远超一般意义上的“入门”书籍所能企及的范畴。

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这本书简直是为那些像我一样对微机硬件和底层控制完全摸不着头脑的“小白”量身定做的!我一直以为“外围接口”这种词汇只存在于传说中,离我的世界十万八千里远。然而,这本《外围接口控制用微机入门》却用一种近乎于“讲故事”的方式,把那些原本晦涩难懂的寄存器、中断向量、DMA通道这些概念,描绘得清晰易懂。它并没有一上来就堆砌复杂的电路图和汇编指令,而是从最基础的“微机是怎么和‘外面的世界’对话”这个核心问题入手,循序渐进地搭建知识体系。我特别欣赏作者在讲解I/O端口映射时采用的类比手法,就像是给一个从未接触过电子产品的读者解释如何操作一个复杂遥控器一样,让人豁然开朗。这本书的结构安排非常巧妙,它先建立起宏观的认知框架,然后才深入到具体的时序控制和信号电平的处理细节。对于想从零开始搭建一个简单实验平台,真正动手去“点亮”一些指示灯或者读取一些传感器数据的初学者来说,这本书提供的实践指导部分,其详细程度和排错建议,远超我的预期。它不只是理论的堆砌,更像是手把手带着你走过第一次成功让微机响应外部事件的激动人心的过程。

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