32位微型计算机原理与接口技术

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出版者:高等教育出版社
作者:陈建铎 宋彩利 冯萍
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1998-07-01
价格:18.0
装帧:
isbn号码:9787040064162
丛书系列:
图书标签:
  • 微型计算机
  • 计算机原理
  • 接口技术
  • 32位
  • 汇编语言
  • 硬件
  • 数字电路
  • 计算机系统
  • 电子技术
  • 嵌入式系统
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具体描述

探寻微型计算机的灵魂:深度解析硬件与软件的无缝协作 本书将带领您深入探索32位微型计算机的核心奥秘,从最基础的数字逻辑门电路开始,逐步构建起功能强大的处理器。我们将细致剖析CPU的内部结构,包括其核心部件——算术逻辑单元(ALU)、控制器(Control Unit)以及寄存器组(Register File)的设计原理和工作流程。您将了解到指令的获取、解码、执行以及写回过程,掌握CPU如何高效地处理海量数据并执行复杂的计算任务。 更重要的是,本书将着重讲解32位微型计算机与外部世界的桥梁——接口技术。我们将详细介绍各种常见的接口标准,如通用串行总线(USB)、串行通信接口(UART)、并行接口(Parallel Interface)、中断控制器(Interrupt Controller)以及直接内存访问(DMA)控制器等。对于每一种接口,我们都将深入剖析其硬件原理、信号时序、数据传输方式以及在实际应用中的配置与编程方法。您将学习如何通过这些接口连接各种外围设备,例如键盘、鼠标、显示器、打印器、存储设备以及各种传感器和执行器,实现计算机与真实世界的互动。 在软件层面,本书将引导您理解汇编语言在微型计算机系统中的关键作用。通过学习32位处理器的指令集架构(ISA),您将能够编写简单而高效的汇编程序,直接控制硬件资源,体验底层编程的乐趣。我们将从最基础的寄存器操作、算术运算、逻辑运算,到跳转指令、子程序调用以及内存访问等,一步步构建起您对汇编语言的深刻理解。同时,本书还将探讨中断处理机制,讲解中断的产生、响应以及中断服务程序的编写,使您能够理解计算机如何对突发事件做出及时反应。 本书还特别关注内存管理单元(MMU)和缓存(Cache)等高级技术。您将了解到MMU如何实现虚拟内存,为每个程序提供独立的地址空间,从而提高系统的稳定性和安全性。缓存的工作原理也将被详细阐述,揭示其如何通过存储常用数据来显著提升CPU的访问速度,实现性能的飞跃。 此外,本书还将涉及操作系统在微型计算机中的作用。虽然不直接深入操作系统内核,但我们将探讨操作系统如何管理硬件资源、调度进程、处理中断以及提供系统调用接口,使您能够理解应用程序如何与操作系统协同工作,从而充分发挥32位微型计算机的强大潜力。 本书的编写风格力求清晰易懂,理论与实践相结合。每一章节都配有详细的图示和实例,帮助您直观地理解复杂的概念。无论是计算机科学专业的学生,还是对微型计算机硬件原理和接口技术感兴趣的工程师和爱好者,本书都将是您学习和探索微型计算机世界的宝贵指南。通过阅读本书,您将不仅掌握32位微型计算机的基本原理,更能深入理解软硬件之间的精妙配合,为进一步学习更高级的计算机系统设计和嵌入式开发打下坚实的基础。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本《32位微型计算机原理与接口技术》绝对是我近期最满意的一本技术类书籍了!说实话,刚拿到书的时候,我并没有抱太高的期望,毕竟市面上关于微处理器的书籍琳琅满目,想要写出点新意来着实不易。但是,当我翻开第一页,那种严谨又不失生动的叙述风格立刻抓住了我。作者没有直接堆砌枯燥的指令集和寄存器说明,而是巧妙地从一个宏观的视角切入,先讲解了32位微处理器在整个计算机体系结构中的地位和作用,以及它相比于前代技术在性能、效率和功能上的飞跃。这种“循序渐进”的学习路径,让我这个初学者也能快速理解32位微处理器的核心概念。 特别让我印象深刻的是,书中对CPU内部结构和工作原理的讲解。作者并没有止步于理论的罗列,而是深入浅出地剖析了流水线技术、缓存机制、指令预取等这些决定CPU性能的关键要素。他通过生动形象的比喻,比如将CPU比作一个高效的工厂,指令则是一个个生产任务,流水线就是生产线上的工人,缓存就是提前准备好的原材料,一下子就把那些复杂的概念变得易于理解。而且,书中还穿插了大量的图示和流程图,清晰地展示了指令的执行过程,从取指令、译码、执行到写回,每一个环节都交代得明明白白。我尤其喜欢作者在解释中断处理时,那种细致入微的描述,让我第一次真正理解了CPU是如何应对突发事件的,这对于编写高效可靠的系统程序至关重要。

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对于这本书的篇幅和深度,我必须点个赞!它不是那种泛泛而谈、蜻蜓点水式的教材,也不是那种晦涩难懂、让人望而却步的学术专著。《32位微型计算机原理与接口技术》找到了一个非常好的平衡点。它足够深入,能够让你理解32位微处理器工作的内在机理,但又不会过于专业化,避免了大量晦涩的数学推导和复杂的公式。作者的语言风格非常亲切,就像一位经验丰富的老师在耐心指导学生一样,即使是第一次接触这个领域的读者,也能感受到他的引导。 我尤其欣赏作者在讲解高级特性时,所采用的“化繁为简”的技巧。例如,在介绍内存管理单元(MMU)时,他没有直接深入到页表和TLB的复杂细节,而是先从虚拟地址和物理地址的概念讲起,再通过简单的分段和分页机制,让读者理解MMU如何实现内存保护和地址转换。这种由浅入深、层层递进的讲解方式,让我能够逐步构建起对复杂概念的理解,而不是被海量的信息淹没。这本书的结构也非常清晰,每个章节都围绕着一个核心主题展开,并且章节之间的逻辑关系紧密,使得整个学习过程显得非常流畅。

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这本书在接口技术方面的阐述也是我非常看重的部分。在嵌入式开发领域,CPU的强大性能终究需要通过各种接口与外部世界进行交互,而《32位微型计算机原理与接口技术》恰恰在这方面做得非常出色。作者并没有简单地罗列各种接口的标准和协议,而是从实际应用的角度出发,深入分析了不同接口的特性、优缺点以及在具体场景下的选择考量。比如,在讲解GPIO(通用输入输出)时,他不仅说明了如何配置引脚的输入输出模式,还详细介绍了如何控制输出电平,如何读取输入状态,甚至还提供了如何通过GPIO实现简单的LED闪烁和按键扫描的实例代码。 更令我惊喜的是,书中对串行通信接口,如UART、SPI和I2C的讲解。这些接口在嵌入式系统中扮演着至关重要的角色,但其工作原理和时序关系常常让初学者感到困惑。作者通过清晰的时序图,详细解释了数据如何在这些接口上传输,各个信号线的作用,以及如何进行波特率设置、校验位生成等。而且,书中还提供了实际的通信例程,让我可以边学边练,快速掌握这些接口的使用方法。读完这部分,我感觉自己仿佛拥有了一把解锁各种外围设备的钥匙,对理解嵌入式系统的软硬件交互有了更深刻的认识。

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这本书在内存管理这块的内容,也让我感觉非常充实。在很多初级的微处理器书籍中,对内存管理往往一带而过,但《32位微型计算机原理与接口技术》则给了我一个非常完整的视角。它不仅介绍了CPU如何访问内存,还深入讲解了内存的层次结构,包括CPU内部的缓存(L1、L2、L3),以及外部的主内存(RAM)。作者通过分析缓存的工作原理,包括缓存块、缓存命中率、缓存替换算法等,让我明白了为什么CPU的访问速度能够如此之快,以及缓存不命中时会发生什么。 更重要的是,书中对于内存地址空间和内存映射的概念进行了详细的阐述。他解释了32位处理器为何拥有巨大的地址空间,以及如何通过内存映射的方式,将CPU的地址空间与各种外围设备、ROM、RAM等硬件资源关联起来。这对于理解嵌入式系统中,CPU如何与各种芯片进行通信至关重要。书中还提供了一些关于内存对齐、数据宽度(字节序)的讨论,这些细节虽然看似微小,但在实际编程中却能避免很多难以察觉的错误,让我觉得这本书的作者是一位非常注重实操经验的专家。

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这本书的整体学习曲线设计得非常平缓,这对于我这种非科班出身的技术爱好者来说,简直是福音。《32位微型计算机原理与接口技术》的作者在内容组织上非常有条理,他不是把所有难点集中在一起,而是将它们分散在各个章节,并且在介绍复杂概念之前,会先铺垫好必要的基础知识。 例如,在讲解CPU的算术逻辑单元(ALU)时,他没有直接进入二进制加减法的逻辑电路设计,而是先从基本的逻辑门(AND, OR, NOT)讲起,然后逐步介绍如何构建半加器、全加器,最终形成ALU。这种“搭积木”式的教学方法,让我能够一步步建立起对数字电路和逻辑运算的理解,从而更好地掌握ALU的核心功能。这种循序渐进的学习体验,让我能够持续保持学习的动力,并且在遇到困难时,不会轻易放弃。

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这本书的排版和视觉设计也值得称赞。在阅读技术书籍时,清晰的排版和合理的图表布局至关重要,它们直接影响到阅读的舒适度和学习效率。《32位微型计算机原理与接口技术》在这方面做得非常出色。纸张的质量很好,文字清晰锐利,不会有印刷模糊的情况。最重要的是,书中的图表设计非常用心,无论是CPU内部结构的示意图、指令执行流程图,还是接口时序图,都画得非常规范、清晰,而且信息量大而不杂乱。 我特别喜欢作者在讲解一些复杂概念时,会使用多幅相关的图表进行辅助说明。比如,在讲解缓存一致性问题时,他会通过不同状态图和数据流向图,层层剥茧,让读者能够理解多核处理器之间如何协同工作,避免数据冲突。这些图表不是简单的插图,而是真正能够帮助读者理解核心原理的工具。此外,书中的代码示例也采用了高亮显示,使得关键的语法结构和函数调用一目了然,非常有利于阅读和理解。整体而言,这本书在视觉呈现上非常专业,让我阅读起来既享受又高效。

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《32位微型计算机原理与接口技术》在概念的引入和演进上,给我留下了深刻的印象。作者没有上来就抛出一堆抽象的概念,而是从一个更加具象化的角度开始。例如,在解释32位微处理器的“位”到底意味着什么,以及它如何影响数据处理能力时,他通过对比8位和16位处理器的局限性,以及32位处理器在处理大数值、地址空间扩展方面的优势,来引出32位架构的根本性变革。这种“追本溯源”的教学方式,让我对32位处理器有了更深层次的理解,不仅仅是记住了一些术语,而是真正明白了它背后的原因和意义。 接着,书中对于指令集架构(ISA)的讲解,也处理得非常得当。他没有仅仅罗列各种指令的助记符和功能,而是从RISC(精简指令集计算)和CISC(复杂指令集计算)的哲学思想入手,解释了32位处理器为何普遍采用RISC架构,以及RISC架构在指令设计上的考量,比如固定指令长度、少量寻址模式等。然后,他再结合具体的指令例子,说明这些设计如何提升了指令的解码效率和执行速度。这种理论与实践相结合的讲解,让我对不同指令集的设计理念有了更清晰的认识,也为我理解更底层的汇编语言打下了坚实基础。

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在接口技术这部分,我尤其喜欢作者对总线(Bus)的讲解。很多人可能认为总线就是一堆导线,但《32位微型计算机原理与接口技术》让我理解到,总线是一种非常精密的通信机制。作者从物理层、电气特性、时序控制等多个维度,详细介绍了各种总线的工作原理,比如数据总线、地址总线和控制总线的配合,以及总线仲裁、总线传输协议等。 书中还重点介绍了ARM处理器常用的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)总线协议,包括AHB(Advanced High-performance Bus)和APB(Advanced Peripheral Bus)的差异和应用场景。他解释了为什么需要采用不同的总线来连接不同性能的设备,比如高性能的内存和CPU之间使用AHB,而低速的外围设备则使用APB。这种对总线架构的深入剖析,让我对整个计算机系统内部的数据流动有了更清晰的认识,也让我明白了不同总线的设计哲学。

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我一直觉得,一本好的技术书籍,除了理论扎实,更重要的是要有实际的应用指导性。《32位微型计算机原理与接口技术》在这方面做得相当不错。书中穿插的许多小案例和思考题,让我能够及时巩固所学的知识,并且尝试将理论付诸实践。我印象最深刻的是,在讲解定时器和中断时,作者提供了一个用定时器触发ADC(模数转换器)进行周期性采样的例子。这个例子不仅演示了定时器的基本用法,还结合了中断服务程序的编写,让我第一次体验到了如何让微处理器在后台自动完成数据采集任务,而无需CPU一直轮询等待。 而且,书中对于一些常见的外围设备,比如ADC、DAC(数模转换器)、PWM(脉冲宽度调制)的讲解,也十分到位。作者不仅解释了这些设备的工作原理,还给出了如何通过寄存器配置来控制它们的参数,比如ADC的采样率、DAC的输出电压、PWM的占空比和周期等。这些具体的代码示例,对我来说是无价之宝。我可以直接参考这些示例,然后根据自己的硬件平台进行修改和移植,大大节省了摸索的时间。总而言之,这本书让我感觉它不仅仅是一本教材,更像是一位随身携带的开发助手。

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这本书在讲解中断系统时,其深度和广度都超出了我的预期。我之前对中断的理解仅停留在“外部事件打断CPU正常执行,然后转去执行中断服务程序”这个层面。《32位微型计算机原理与接口技术》则深入剖析了中断的产生机制、中断向量表、中断优先级、中断嵌套等一系列关键概念。作者通过绘制详细的中断处理流程图,清晰地展示了当中断发生时,CPU如何保存当前程序状态、查找中断服务程序入口、执行中断服务程序,并在中断服务程序结束后恢复原有程序状态。 让我特别受益的是,书中还详细介绍了软件中断和硬件中断的区别,以及异常处理机制。他解释了如何通过软件指令触发中断,以及当CPU执行到非法指令、除零错误等情况时,会触发哪种类型的异常,并由操作系统来统一处理。这种对中断和异常处理机制的全面梳理,让我对计算机系统如何应对各种错误和事件有了更系统的认识。此外,书中还提及了中断控制器(如NVIC)的作用,以及如何通过配置中断控制器来管理和屏蔽中断,这对于编写健壮的嵌入式系统至关重要。

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