32位微型计算机原理与接口技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育出版社

作者:谢瑞和

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1900-01-01

价格:25.0

装帧:

isbn号码:9787040155013

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
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• 计算机组成原理
• 电子技术

《32位微型计算机原理与接口技术》图书简介 本书深入剖析了32位微型计算机的核心原理与广泛应用的接口技术，旨在为读者构建一个全面、扎实的理论基础和实践能力。内容涵盖了从最基础的微处理器架构到复杂的外围设备连接，层层递进，力求让初学者能够理解其精髓，让有一定基础的读者能够融会贯通。 一、 32位微型计算机核心原理 本书首先从微处理器这一计算机的心脏入手，详细阐述了32位微型计算机的内部结构和工作原理。 指令集架构（ISA）： 深入解析了32位指令集，包括RISC（精简指令集计算机）与CISC（复杂指令集计算机）的理念差异，以及本书所侧重体系结构（例如，ARM架构或x86架构的简化模型）的指令格式、寻址方式、数据传输指令、算术逻辑运算指令、控制转移指令等。我们会详细讲解每一类指令的二进制编码、执行流程以及在不同应用场景下的作用。例如，在数据传输指令部分，会区分寄存器到寄存器、寄存器到存储器、存储器到寄存器等多种传输方式，并分析其效率和适用性。在算术逻辑运算指令部分，则会涵盖加、减、乘、除、逻辑与、或、非、异或以及移位、旋转等操作，并解释它们如何影响处理器状态寄存器中的标志位。 流水线技术： 详尽介绍流水线技术是如何通过将指令执行过程分解为多个阶段（如取指令、译码、执行、访存、写回），并让多个指令在不同阶段并行执行，从而显著提升处理器吞吐量。我们会分析理想情况下的流水线性能提升，以及实际应用中可能遇到的流水线冲突（结构冲突、数据冲突、控制冲突）及其解决方法，如气泡插入、转发（forwarding/bypassing）、乱序执行（out-of-order execution）和分支预测（branch prediction）等。 存储器管理单元（MMU）： 深入讲解MMU在现代32位系统中扮演的关键角色，包括虚拟地址到物理地址的转换机制（页表、TLB缓存），内存保护机制，以及多任务环境下进程隔离的重要性。我们会详细介绍分页（paging）和分段（segmentation）两种主要的内存管理方式，以及它们在32位系统中的实现细节，并以一个典型的MMU硬件结构为例，说明其工作流程。 中断与异常处理： 详细解析中断和异常的概念、类型（外部中断、内部中断、软件中断、系统调用），以及CPU如何响应中断请求、保存现场、跳转到中断服务程序（ISR）并返回。我们会阐述中断向量表（IVT）的作用，以及中断优先级和嵌套中断的概念，并分析不同类型的异常（如除零、非法指令、缺页中断）如何被CPU捕获并由操作系统处理。 缓存体系结构： 介绍CPU缓存（L1、L2、L3）的工作原理，包括缓存的组织方式（直接映射、全相联、组相联），缓存命中与未命中的处理，以及缓存一致性协议（如MESI协议）在多处理器系统中的重要性。我们会通过图示和实例，清晰地展示数据在CPU核心、缓存和主内存之间传递的过程，并分析缓存容量、块大小、关联度等参数对性能的影响。 二、 32位微型计算机接口技术 本书的另一重要组成部分是接口技术，它将微处理器与外部世界连接起来，实现数据交换和设备控制。 通用输入输出（GPIO）接口： 讲解GPIO作为最基础的输入输出接口，如何配置其方向（输入/输出）、电平（高/低）以及驱动能力。我们会介绍GPIO在简单设备控制，如LED点亮、按键检测中的应用，并讨论其在嵌入式系统中的普遍性和灵活性。 串行通信接口： UART（通用异步收发传输器）： 详细阐述UART的工作原理，包括波特率、数据位、停止位、校验位等参数的设置。我们会讲解同步通信和异步通信的区别，以及UART在设备间数据传输中的应用，如与PC的通信、传感器数据的读取等。 SPI（串行外设接口）： 介绍SPI作为一种全双工同步串行通信接口，其主从模式、时钟极性（CPOL）和相位（CPHA）的设置，以及在连接Flash存储器、ADC/DAC等外设时的典型应用。 I2C（Inter-Integrated Circuit）总线： 阐述I2C总线的特点，包括两线制（SDA和SCL）、多主多从的通信方式，以及其在设备地址识别、数据传输握手过程中的细节。我们会给出I2C总线上多个设备挂载和通信的例子。 并行通信接口： 并行端口（Centronics接口）： 介绍并行端口在过去打印机等外设连接中的作用，其数据线和控制线的功能，以及与串行通信相比的优缺点。 定时器/计数器： 讲解定时器/计数器作为微处理器内部的重要模块，如何用于生成精确的时间延迟、周期性中断、脉冲宽度调制（PWM）输出，以及测量外部信号的频率或脉冲宽度。我们会列举多种定时器工作模式及其应用场景。 模数转换器（ADC）与数模转换器（DAC）： 详细介绍ADC将模拟信号转换为数字信号的过程，包括采样率、量化位数的概念，以及不同类型的ADC（如逐次逼近型、Σ-Δ型）的特点。同样，也会深入讲解DAC将数字信号转换为模拟信号的原理，以及它们在音频、视频处理和传感器数据采集中的关键作用。 内存映射与I/O映射： 区分内存映射I/O（MMIO）和I/O映射I/O（PMIO）两种I/O设备寻址方式，并分析它们在系统设计中的优劣。我们会通过具体的总线周期图示，展示CPU如何通过这些机制访问外设。 总线接口技术： 介绍微处理器与外部设备之间的数据交换通道——总线。我们将深入探讨地址总线、数据总线和控制总线的概念，以及总线仲裁、总线握手等协议。本书还会涉及一些经典的32位总线标准，如ISA、PCI、USB等，并对其基本结构和工作原理进行介绍，重点关注其在不同应用场景下的适配性。 三、 实际应用与案例分析 为了帮助读者更好地理解理论知识，本书还提供了丰富的实际应用案例。 嵌入式系统设计： 通过一个典型的嵌入式项目，如一个简单的数据采集与显示系统，展示如何选择合适的微处理器，配置GPIO、ADC、UART等接口，并编写相应的驱动程序。 中断驱动的I/O操作： 演示如何利用中断机制，高效地处理外部事件，例如按键按下、传感器数据就绪等，从而避免CPU的无效轮询。 DMA（Direct Memory Access）控制器： 介绍DMA技术，它允许外设在CPU的干预很少的情况下直接与主内存进行数据传输，极大地提高了数据传输效率，并在文件传输、多媒体处理等场景中发挥重要作用。 本书特点： 系统性与深入性： 内容覆盖广泛，从底层原理到高级应用，层层深入，结构清晰。 理论与实践结合： 理论讲解扎实，配以丰富的实例和图示，易于理解和掌握。 面向读者： 适合高等院校电子信息、计算机科学与技术等专业的学生，以及从事嵌入式系统、微处理器应用开发、硬件设计等工作的工程师。 前沿性： 关注32位微型计算机技术的发展趋势，部分内容将涉及最新的接口标准和技术。 通过学习本书，读者将能够深刻理解32位微型计算机的工作机制，熟练掌握各种接口技术，为今后深入学习操作系统、嵌入式开发、系统集成等领域奠定坚实的基础。

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我对这本书的期待，是它能在“接口技术”这部分内容上，展现出足够的广度和实战性。毕竟，微型计算机的价值，很大程度上体现在它与外部世界的连接能力上。我原以为会看到大量关于总线协议的深入探讨，比如PCIe的高速信号完整性处理，USB 3.0/4.0的握手流程，或者是低速I/O如SPI、I2C在不同场景下的具体应用陷阱与优化策略。比如，如何在高噪声环境下设计可靠的串行通信链路，或者在FPGA和处理器之间进行数据传输时，如何平衡吞吐量和延迟。这些都是工程实践中至关重要的环节。遗憾的是，书中所介绍的接口技术，给人的感觉更像是教科书上对标准文档的转述，缺乏一线工程师在实际调试中遇到的那些“坑”和“独门绝技”。对于中断控制器（如PLIC或GIC）的编程细节着墨不多，使得我们在尝试编写实时操作系统内核时，会发现书本提供的知识点不足以支撑复杂的并发控制。这种‘知其然而不知其所以然’的感觉，是阅读技术书籍时最令人沮丧的地方。如果能加入一些实际电路图的分析，或者至少是针对特定芯片系列的寄存器级编程指南，这本书的实用价值会大幅提升。

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从整体结构来看，这本书似乎在平衡“通用原理”和“特定实现”上做得不够理想。它试图涵盖32位微型计算机的方方面面，从基础的逻辑门到系统的总线架构，但结果却是每一部分都蜻蜓点水，未能提供足够的深度来满足专业读者的需求。例如，在操作系统内核或实时性保证这方面，它只是泛泛地提到了中断和上下文切换的概念，但对于如何设计一个健壮的内存保护单元（MPU）来隔离不同任务的访问权限，以及如何处理系统时钟和定时器的精确同步，这些高阶议题都没有得到充分的展开。这使得这本书更像是一本为初次接触计算机体系结构的非专业人士准备的概览手册，而不是为那些打算深入研究或从事嵌入式系统开发的工程师准备的工具书。如果作者能够选择一到两个主流的32位处理器系列作为深入案例，并围绕这些案例来展开对内存模型、异常处理和外设交互的深入剖析，这本书的价值和说服力将会大大增强。目前的状态，更像是对市面上各种概念的简单汇编，缺乏清晰的、具有个人洞察力的主线贯穿。

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这本书的排版和语言风格，给我的阅读体验造成了一些不小的障碍。整体行文给人的感觉是比较晦涩和冗长，仿佛作者在努力用复杂的术语来构建学术的严谨性，却牺牲了读者的理解效率。很多本该直观展示的逻辑关系，被拉得很长，让人在试图跟上作者思路的过程中感到疲惫。举个例子，在描述位操作和掩码生成的部分，如果能用流程图或更简洁的伪代码来辅助说明，效果会好得多。此外，书中图表的质量和密度似乎也有些失衡，有些关键的结构图过于简单，无法体现出32位系统的复杂层次结构，而另一些图表又过于拥挤，信息量过载，反而成了视觉上的干扰。对于一本教授底层原理的书籍来说，清晰的视觉辅助至关重要，它能帮助读者在大脑中快速建立起系统的物理模型。这本书在这方面的表现，只能说是中规中矩，远未达到能够“点亮”概念的水平，更像是在堆砌文字描述，阅读起来需要不断地来回翻页查找上下文，这无疑是分散了对核心知识的专注度。

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我特别关注了书中关于汇编语言和底层软件交互的部分，期望能够理解编译器是如何将C/C++代码转化为高效的机器码的。我希望看到针对特定32位指令集架构（ISA）的延迟惩罚分析、分支预测的影响，以及如何通过手写汇编来优化关键路径的代码性能。例如，如何有效地利用寄存器分配，或者如何编写无竞争的代码段以避免流水线停滞。然而，这本书对汇编层面的讨论似乎只停留在指令集的“介绍”阶段，例如“ADD指令做加法”，“LDR/STR指令做内存存取”这类基础功能的罗列，并没有深入到如何利用这些底层能力去解决实际的性能瓶颈问题。它更像是在教授语法，而非教授“编程的艺术”。对于一个想要跨越C语言抽象层，直接与硬件对话的读者来说，这样的内容深度是远远不够的。我更希望看到关于栈帧的建立与销毁过程在不同调用约定下的差异，以及函数调用的开销分析，这些都是构建复杂软件系统的基石，但在这本书中却鲜有提及。

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这本书的书名确实挺吸引人的，乍一看就让人联想到微处理器和底层硬件的那些精妙设计。我原本是带着满腔热情想深入了解32位架构的内部运作机制，特别是那些关于指令集、流水线和内存管理单元的细节。我期望它能像一本高手秘籍一样，把复杂的概念拆解得清晰透彻，最好还能配上大量图示和汇编层面的代码示例，让我能真切感受到CPU是如何一步步处理指令的。尤其是对ARM或者MIPS这类主流架构的深入剖析，能让我构建起扎实的理论基础，为日后的嵌入式开发打下坚实的地基。如果能有一章专门讲讲现代SoC设计中的功耗优化和中断处理机制，那就更完美了。然而，实际阅读下来，感觉这本书在核心技术点的阐述上，似乎有些蜻蜓点水，更像是一本概述性的教材，而非深度技术手册。比如，对于缓存一致性协议的讲解，似乎停留在概念层面，缺乏实际验证案例的支撑，让人在试图理解其复杂交互时，总感觉抓不住重点，需要额外查阅大量资料来补全知识盲区。这本书的深度，对于初学者来说或许足够建立框架，但对于希望精进技艺的资深爱好者或工程师而言，深度显然是不够的，它更像是一份“入门导航”，而非“精通指南”。

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