微机原理与接口技术习题解析与实验指导 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:第1版 (2006年7月1日)

作者:卞静

出品人:

页数:221 页

译者:

出版时间:2006年7月1日

价格:23.0

装帧:平装

isbn号码:9787502440282

丛书系列:

图书标签:

• 微机原理
• 接口技术
• 汇编语言
• 8086
• 实验指导
• 习题解析
• 计算机基础
• 电子技术
• 单片机
• 数字电路

计算机系统底层奥秘的探索之旅：现代处理器架构与高效编程实践 本书聚焦于现代计算机系统的核心——微处理器的工作原理、指令集架构的深入解析，以及如何利用这些底层知识进行高效的软件开发与系统优化。 第一部分：揭开处理器的神秘面纱——从冯·诺依曼到现代多核架构 本部分将带领读者穿越计算机体系结构的演进历程，从奠基性的冯·诺依曼模型出发，逐步深入到当代高性能处理器的复杂设计。 第一章：计算机体系结构基础回顾与发展趋势 本章首先回顾了早期的存储程序计算机概念，强调了指令、数据与程序存储的统一性所带来的革命性影响。随后，重点阐述了现代计算机体系结构的关键特征，包括指令级并行（ILP）的引入、流水线技术的基本原理、超标量（Superscalar）架构的实现方式，以及多处理器系统（SMP、NUMA）的拓扑结构。我们将讨论现代处理器如何通过分支预测、乱序执行（Out-of-Order Execution）等复杂机制来最大化指令吞吐量，并简要概述摩尔定律放缓背景下，面向特定领域（如AI加速）的异构计算架构兴起。 第二章：指令集架构（ISA）的深度解析 指令集架构是软件与硬件之间的契约。本章将详尽剖析两种主流的ISA范式：复杂指令集计算机（CISC，以x86/x64为例）与精简指令集计算机（RISC，以ARM和RISC-V为例）。 x86/x64架构剖析： 我们将详细讲解x64指令集的寻址模式、寄存器组织（通用寄存器、段寄存器、控制寄存器），以及重要的汇编指令集，包括数据传输、算术逻辑运算、控制流指令（跳转、循环）。特别关注保护模式（Protected Mode）下的内存管理机制，如分段与分页（Page Table Structures）。 RISC-V的崛起与特性： 针对开源、模块化设计的RISC-V架构，本章将重点解析其基础整数指令集（RV32I/RV64I）、标准扩展（M, A, F, D, C等）的构成，以及它如何通过精简的指令集实现高能效比。 第三章：存储系统与性能优化 处理器速度的提升远远快于主存速度的提升，因此，高效的存储层次结构是现代系统性能的关键瓶颈所在。 内存层次结构： 详细阐述了寄存器、L1/L2/L3高速缓存（Cache）的工作原理。深入探讨缓存的组织方式（直接映射、全相联、组相联）、块替换策略（LRU等）以及写入策略（写直通、写回）。理解缓存一致性协议（如MESI协议）对于多核编程至关重要。 虚拟内存管理： 解释操作系统如何利用硬件支持实现虚拟地址到物理地址的转换，重点剖析页表结构、TLB（Translation Lookaside Buffer）的作用及其对性能的影响。 第二部分：汇编语言编程与系统级软件实现 本部分将引导读者掌握使用汇编语言直接与处理器交互的技能，理解高级语言是如何被编译成机器代码并执行的。 第四章：汇编语言编程基础与实践（以x64为例） 本章是动手实践的核心，读者将学习如何使用汇编器（如NASM或GAS）编写功能代码。 函数调用约定（Calling Conventions）： 详细解析在Linux/Windows环境下，函数参数的传递方式、栈帧的建立与销毁（`push`, `pop`, `call`, `ret`），以及临时变量和局部变量的存储管理。 系统调用（System Calls）： 学习如何通过特定的指令（如`syscall`或`int 0x80`）请求操作系统内核服务，例如文件I/O、进程创建等。 实现核心算法： 通过汇编实现简单的算术运算、字符串操作，并对比其与C语言实现的性能差异。 第五章：处理器控制流与异常处理 理解处理器如何响应中断和异常是系统调试和安全分析的基础。 中断与异常机制： 讲解中断描述符表（IDT）的作用，区分硬件中断（如时钟中断、I/O中断）和软件异常（如除零、缺页异常）。 特权级别与保护： 深入探讨Ring 0（内核态）与Ring 3（用户态）的区别，以及处理器如何通过权限检查来保护内核资源。 第三部分：现代处理器的高级特性与并行计算 随着核心数量的增加，如何有效利用并行资源成为了新的挑战。本部分关注现代处理器提供的加速机制和并行编程模型。 第六章：向量化指令集（SIMD）优化 单指令多数据（SIMD）是当前提高数据密集型应用（如图形处理、信号处理、科学计算）性能的关键技术。 SSE/AVX/AVX-512： 详细介绍Intel/AMD处理器提供的SIMD扩展，包括寄存器宽度（128位、256位、512位）、数据打包与解包操作。 向量化编程实践： 教授如何使用编译器内建函数（Intrinsics）或直接编写汇编，将循环结构向量化，从而实现数据并行加速。 第七章：多核编程模型与同步机制 在多核处理器上，软件的性能不再仅仅取决于单线程的执行效率，更依赖于并行化的能力。 并发与并行： 区分并发（Concurrency）与并行（Parallelism）。 内存屏障与同步原语： 讲解在多核环境下，由于缓存一致性问题，必须使用内存屏障（Memory Fences）来保证操作的顺序性。深入分析互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）以及原子操作（Atomic Operations）的底层实现原理，特别是基于缓存行的锁竞争对性能的影响。 第八章：性能分析与工具链 有效的系统优化依赖于准确的性能度量。 性能计数器（Performance Counters）： 介绍如何利用处理器内置的硬件性能计数器（如PMC）来监控事件，如缓存未命中率、分支预测失误次数、指令周期数等。 分析工具应用： 实践使用如`perf`（Linux）或Intel VTune等工具，对实际程序进行采样和分析，定位热点代码和系统瓶颈。 本书旨在为计算机科学、软件工程专业的学生以及系统程序员提供一个扎实的平台，使他们能够从硬件层面理解软件的运行机制，最终设计出更高效、更可靠的底层系统和应用。

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我一直认为，学习微机原理，最难的就是如何将枯燥的指令集和硬件接口概念转化为实际的编程应用。而这本《微机原理与接口技术习题解析与实验指导》恰恰在这方面做得非常出色。它通过大量的习题，将理论知识“具象化”了。我举个例子，当我学习到DMA（直接内存访问）时，教材上的描述可能比较抽象，但这本书通过一些关于数据传输效率和CPU负载的习题，让我真切地体会到了DMA的强大之处，以及它在什么场景下能够发挥最大的作用。同样，对于中断控制器的理解，它不仅仅停留在中断向量和中断服务程序的编写，还通过一些需要设计多中断源优先级管理的习题，让我深入理解了中断优先级以及中断嵌套的原理和实现方式。更重要的是，书中对每一类习题都进行了分类，并且在解析中会强调所属的知识点，这使得我在复习和巩固时，能够更有针对性。实验指导部分也充满了实践导向，例如，它会引导读者去编写程序，实现对外部中断的响应，或者通过编程来控制ADC（模数转换器）进行数据采集。这些实验项目都非常贴近实际应用，能够帮助我建立起完整的知识体系。

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拿到《微机原理与接口技术习题解析与实验指导》这本书，我最大的感受就是“专业”和“深入”。它并没有回避一些微机原理中的难点和重点，而是迎难而上，通过精心设计的习题和详尽的解析，带领读者一步步攻克。我特别喜欢它在讲解键盘扫描和显示驱动时，不仅仅给出了简单的扫描流程，还会深入分析按键防抖的原理，以及显示器驱动芯片的工作方式。这一点对于理解人机交互界面至关重要。同样，在涉及到数据采集系统时，它会从信号的采集、处理到最终的存储，提供一个完整的解决方案，并且通过相应的习题来考察读者对各个环节的理解。让我印象深刻的是，书中对一些底层汇编指令的分析，会详细解释每一个指令的作用，以及它在执行过程中对寄存器和内存的影响。这种细致入微的解析，让我对CPU的内部工作机制有了更深刻的认识。实验指导部分也同样出色，它提供了多种不同层次的实验项目，从基础的I/O口控制到复杂的通信协议实现，都能够满足不同水平的学习者的需求，并且能有效地提升读者的动手能力。

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我近期一直在攻克微机原理这门课程，坦白说，过程是相当煎熬的。教材上的知识点虽然全面，但很多时候感觉像是隔着一层纱，看得见摸不着，尤其是涉及到具体的接口电路和编程时，更是让人头疼。直到我遇到了这本《微机原理与接口技术习题解析与实验指导》，才感觉像是拨开了云雾。它最让我赞赏的一点是，它并没有将自己定位为一本单纯的“答案书”，而是真正地去“解析”每一个问题。比如，对于一些需要理解时序的题目，它不仅仅给出了时序图，还详细解释了每一个信号的时序关系，以及它们对CPU和外设交互的影响。这一点对于理解同步和异步通信的原理至关重要。此外，它对不同类型接口的分析也相当到位，比如串口、并口、中断控制器等等，都通过习题的形式，让我们有机会去实际“操练”这些知识。我尤其喜欢它在讲解中断时，不仅解释了中断向量表、中断服务程序的编写，还深入分析了中断优先级、中断嵌套等复杂概念，并给出了相应的习题来巩固。读这本书，我感觉自己不是在被动地接受信息，而是在主动地参与到知识的构建过程中。实验指导的部分同样让我受益匪浅，很多实验设计都非常有针对性，能够很好地锻炼动手能力和解决实际问题的能力。

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说实话，这本《微机原理与接口技术习题解析与实验指导》在我的书架上占据了一个相当重要的位置。我之所以如此看重它，很大程度上是因为它在解题思路上的创新。很多习题，看似简单，但背后却蕴含着深厚的理论基础，这本书恰恰能够将这些理论层层剥开，呈现在读者面前。例如，当遇到涉及8086CPU寻址方式的题目时，它不会仅仅列出各种寻址方式的公式，而是会结合具体的内存段和偏移地址，一步步推导出最终的物理地址，并且还会解释为什么会出现这种寻址方式，以及它在实际应用中的优劣。这种“追根溯源”式的解析，让我对8086的内存管理机制有了更深刻的认识。另外，它在讲解I/O端口映射和存储器映射I/O时，也通过具体的习题，让读者区分了两者的异同，以及在实际硬件设计中如何选择。让我印象深刻的是，书中对一些关键指令的解析，比如MOV, ADD, JMP等，它都会结合不同的寻址方式和数据类型，给出具体的执行过程和结果，并且还会提及一些容易出错的地方。这种细节上的关注，对于避免在编程中犯低级错误非常有帮助。实验指导部分也提供了多种不同难度的实验项目，从简单的LED闪烁到复杂的键盘输入处理，都能够逐步引导读者完成，极大地提升了实践能力。

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我真心觉得，这本书《微机原理与接口技术习题解析与实验指导》为我打开了一扇新的大门。它不仅仅是枯燥的理论复述，而是通过“习题解析”和“实验指导”的方式，将抽象的微机原理变得生动有趣，并且易于理解。我尤其喜欢它在解析一些涉及到8051单片机片内外设的题目时，会详细讲解每个外设的寄存器配置，以及它们如何协同工作。例如，当讲解定时器/计数器时，它会展示如何配置定时模式，如何通过计数器的溢出来产生中断，以及如何利用定时器实现精确的时间延迟。这一点对于很多需要精确控制时间的嵌入式应用来说，至关重要。同样，对于ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）的讲解，它也通过大量的习题，让我们去理解采样率、分辨率以及量化误差等概念。更重要的是，书中提供的实验指导，步骤清晰，并且附带了详细的代码和硬件连接示意图，让我能够毫不费力地动手实践，从而真正地将学到的知识内化。这本书让我对微机原理和接口技术产生了浓厚的兴趣，并且极大地提升了我的实践能力。

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这本《微机原理与接口技术习题解析与实验指导》真是一本让人惊喜的书！我拿到它的时候，其实并没有抱太大的期望，毕竟市面上的技术书籍良莠不齐，很多都只是枯燥的理论堆砌，或者过于浅显，无法真正解决学习中的难题。然而，当我翻开这本书，特别是看到它对每一道习题都进行了如此详尽的解析时，我立刻感受到了它的不同寻常。它不仅仅是简单地给出答案，而是深入剖析了题目的考点、解题思路、以及可能遇到的各种陷阱。这一点对于我这种在学习过程中容易卡壳、需要有人一步步引导的读者来说，简直是福音。尤其是一些比较抽象的概念，通过习题的实践应用，我才真正理解了它们是如何在实际硬件中工作的。我特别欣赏它在解析过程中，不遗余力地引用了各种相关的硬件手册、时序图，甚至还有一些底层汇编代码的分析，这让整个学习过程变得更加立体和深入。很多时候，我们学习微机原理，最大的难点在于理论与实践的脱节，这本书却巧妙地架起了这座桥梁。它的实验指导部分也同样出色，步骤清晰，并且提供了很多实用的建议，让我能够更有效地完成实验，而不是盲目地按照步骤进行。我甚至觉得，这本书不仅是一本习题集，更像是一位经验丰富的老师，耐心解答我的每一个疑惑，指引我走向更深的理解。

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我发现，很多技术书籍在讲解接口技术时，往往会过于侧重于某一种特定的接口，而忽略了整体的系统性。但是，《微机原理与接口技术习题解析与实验指导》在这方面做得非常出色。它通过大量的习题，全面地覆盖了各种常见的微机接口技术，并且在解析中，会强调不同接口之间的协同工作和相互影响。例如，当讲解串行通信时，它不仅仅会分析UART的工作原理，还会讨论如何将串行通信与中断控制器结合，以提高通信效率。这一点对于构建复杂的嵌入式系统非常有帮助。让我印象深刻的是，书中对中断系统的讲解，不仅仅停留在中断发生和响应的流程，还会深入分析中断优先级、中断屏蔽以及中断向量表的设计，并且通过习题来考察读者如何根据实际需求设计合理的中断策略。这种系统性的讲解，让我能够跳出单个知识点的局限，从更宏观的角度去理解微机系统的运作。实验指导部分也做得相当有条理，它提供了一系列循序渐进的实验项目，能够帮助读者逐步掌握各种接口技术的实际应用。

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对于我而言，一本好的技术书籍，不仅仅是要有扎实的理论基础，更要有清晰的实践指导，而《微机原理与接口技术习题解析与实验指导》在这两方面都表现得相当优秀。我特别欣赏它在讲解一些涉及定时器/计数器中断的应用时，会详细说明如何配置不同的定时模式，如何通过计数器的溢出来产生中断，以及如何利用定时器来实现精确的时间延迟。这一点对于很多需要精确控制时间的嵌入式应用来说，至关重要。另外，书中对并行接口和串行接口的讲解也相当深入，通过各种实际的接口通信习题，让我能够理解不同的通信协议，例如SPI、I2C等，以及它们在实际硬件连接中的作用。它不仅仅是告诉我要怎么做，而是会解释“为什么”要这么做，以及这样做有什么好处。这一点对于培养独立解决问题的能力非常有帮助。实验指导部分也做得相当完善，从硬件连接图到程序代码，都提供了清晰的指导，让我能够快速上手，并且在完成实验的过程中，不断加深对微机原理的理解。

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在我学习微机原理的众多资料中，《微机原理与接口技术习题解析与实验指导》绝对是最让我感到“踏实”的一本。它不像某些书籍那样，只是简单地陈列题目和答案，而是真正地把“解析”这两个字做到了极致。我特别喜欢它在讲解一些涉及到定时器/计数器应用的习题时，会详细说明如何配置不同的定时模式，如何通过计数器的溢出来产生中断，以及如何利用定时器来实现精确的时间延迟。这一点对于很多需要精确控制时间的嵌入式应用来说，至关重要。另外，书中对并行接口和串行接口的讲解也相当深入，通过各种实际的接口通信习题，让我能够理解不同的通信协议，例如SPI、I2C等，以及它们在实际硬件连接中的作用。它不仅仅是告诉我要怎么做，而是会解释“为什么”要这么做，以及这样做有什么好处。这一点对于培养独立解决问题的能力非常有帮助。实验指导部分也做得相当完善，从硬件连接图到程序代码，都提供了清晰的指导，让我能够快速上手，并且在完成实验的过程中，不断加深对微机原理的理解。

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对于我这样需要反复练习来巩固知识的学习者来说，一本好的习题解析类书籍至关重要，而《微机原理与接口技术习题解析与实验指导》无疑是其中的佼佼者。我非常欣赏它在解析题目时，总是能够提供多种不同的解题思路，并且对每种思路的优缺点进行分析。例如，在涉及到内存扩展的题目时，它不仅仅会展示如何通过地址解码器来实现，还会分析不同解码方案的复杂度和成本，以及它们在实际应用中的取舍。这一点对于培养全面而深入的理解非常有益。此外，书中对模拟量和数字量之间的转换，即ADC和DAC的原理以及应用，也通过大量的习题进行了详细的阐述。我尤其喜欢它在讲解ADC的采样率、分辨率以及量化误差时，会结合实际的题目，让我们去计算和分析。这种理论与实践相结合的解析方式，让我对这些抽象的概念有了更直观的认识。实验指导部分也充满了实用性，它提供了许多与习题紧密结合的实验项目，让我能够将学到的知识立刻应用到实际操作中，从而更好地检验和巩固学习成果。

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