微机原理与接口技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国电力

作者:刘红玲

出品人:

页数:309

译者:

出版时间:2007-9

价格:29.00元

装帧:

isbn号码:9787508356716

丛书系列:

图书标签:

• 微机原理
• 计算机组成原理
• 接口技术
• 汇编语言
• 8086
• 微处理器
• 数字电路
• 计算机硬件
• 嵌入式系统
• 单片机

深入探索现代电子工程的基石：微机原理与接口技术 本书并非您所提到的《微机原理与接口技术》，而是一部聚焦于嵌入式系统设计与高级微处理器架构的综合性著作。我们致力于为读者构建一个全面、深入且与时俱进的知识体系，尤其侧重于理论的深度解析与前沿实践的应用。 第一部分：现代微处理器架构的深度剖析 本书的第一部分将完全摒弃对早期8位/16位微处理器（如8086/8088等经典架构）的重复叙述，而是将焦点投向当前工业界和高性能计算领域占据主导地位的现代指令集架构（ISA）。 第一章：超标量与乱序执行的本质 本章深入探讨了现代高性能CPU设计中的核心技术。我们将细致分析流水线技术（Pipeline）的演进，从传统的深度流水线到超深流水线的挑战。重点解析指令级并行性（ILP）的实现机制，特别是乱序执行（Out-of-Order Execution）的设计哲学，包括如何利用重排序缓冲（Reorder Buffer, ROB）、保留站（Reservation Station）和分支预测单元（Branch Predictor）来最大化指令吞吐量。我们将通过详细的硬件描述语言（HDL）片段示例，阐释分支预测失败的惩罚与恢复机制。 第二章：RISC-V：开源指令集架构的崛起与实践 不同于传统的商业ISA，本书将RISC-V作为理解现代精简指令集设计哲学的核心案例。我们将从其模块化设计理念入手，详细解析特权等级（Privilege Levels）、基本整数指令集（RV32I/RV64I）的编码规则，并深入研究原子操作（AMO）和向量扩展（Vector Extension, RVV）的设计思路。本章不侧重于简单的汇编指令记忆，而是着重于如何基于RISC-V ISA定制特定领域加速器，并讨论其在SoC（系统级芯片）设计中的集成优势。 第三章：存储器层次结构与缓存一致性 本部分将超越基础的Cache概念，聚焦于多核系统中至关重要的存储器一致性模型（Memory Consistency Model）。我们将详细比较顺序一致性（Sequential Consistency）、释放一致性（Release Consistency）与弱一致性（Weak Consistency）模型下的编程陷阱。重点剖析缓存一致性协议，如MESI、MOESI协议的细节，以及目录式缓存（Directory-based Caching）在大型多核处理器集群中的应用，解释写回（Write-back）与写穿（Write-through）策略对系统性能的实际影响。 第二部分：高级嵌入式系统与实时操作系统（RTOS） 本部分完全脱离了早期的并行I/O端口操作，转向现代嵌入式系统的软件架构与硬件加速。 第四章：内存管理单元（MMU）与虚拟化基础 本书探讨了MMU在现代操作系统和安全隔离中的核心作用。我们将详细讲解页表结构（Page Table Structure）的层次化设计，转换后援缓冲器（TLB）的冲突与命中分析，以及内存保护机制的实现原理。此外，本章还将介绍虚拟化技术（如KVM或Hypervisor）如何利用硬件虚拟化扩展（如Intel VT-x或ARM SVE2）来管理多个操作系统的并发执行。 第五章：中断控制与高精度时间同步 本章聚焦于复杂的中断控制器（如PLIC/GICv3）的设计。我们不仅讲解优先级和抢占机制，更侧重于嵌套中断处理中的上下文保存与恢复开销分析。在时间同步方面，我们将深入研究精确时间协议（PTP, IEEE 1588）在边缘计算设备中的应用，以及如何利用硬件时间戳单元（TSU）来保证毫秒乃至微秒级的同步精度，这对于工业控制和通信至关重要。 第六章：高性能片上总线与互连技术 现代SoC的性能瓶颈往往在于内部通信。本章专注于片上网络（Network-on-Chip, NoC）的设计范式，对比Axiom（AXI/ACE）等成熟总线协议在高带宽数据传输中的实现细节。我们将分析仲裁策略（Arbitration Strategies），如轮询、优先级仲裁和公平仲裁对不同类型事务（突发传输与独立事务）的影响，并探讨如何通过QoS（服务质量）机制保证关键任务的数据流。 第三部分：现代接口技术与异构计算加速 本书的接口部分将完全侧重于高带宽、低延迟的现代标准，并引入加速计算的概念。 第七章：PCI Express (PCIe) 5.0/6.0 物理层与事务层 我们彻底摒弃了旧式的并行I/O接口介绍，转而深入研究PCIe作为现代高速外设连接骨干的复杂性。重点分析Lane Reversal、DTS（Differential Signaling）的均衡技术，以及TS1/TS2 Ordering Set的握手过程。在事务层，我们将详细解析TLP（Transaction Layer Packet）的格式、配置空间寄存器的读写机制，以及MSI/MSI-X中断的帧结构。 第八章：FPGA在可编程加速中的应用与驱动接口 本章探讨如何将FPGA作为可重构的加速单元集成到系统中。我们将介绍FPGA的硬件描述语言（VHDL/Verilog）在实现自定义IP核时的设计流程，以及OpenCL或SYCL等高级语言如何抽象底层的FPGA编程。在驱动层面，我们将讲解DMA（直接内存访问）的传输描述符的构造，以及Host端（CPU）如何通过内存映射I/O（MMIO）高效地控制和监控加速器状态。 第九章：高速串行通信接口的信号完整性 本章关注的是高速数据传输的物理挑战。我们将从信号完整性（SI）角度，分析眼图（Eye Diagram）的构成要素，理解抖动（Jitter）的来源（如TJ, RJ, DJ），并介绍PCB设计规则中如何通过阻抗匹配、差分布线和去耦电容的合理布局来确保10Gbps以上速率的可靠通信。 --- 总结定位： 本书旨在服务于计算机体系结构研究生、专业的嵌入式系统架构师以及希望从底层硬件原理理解高性能计算瓶颈的软件工程师。它提供的是对当前和未来处理器设计趋势的深刻洞察，而非对历史硬件的简单回顾。内容深度聚焦于硬件/软件接口的优化、并行性管理以及高带宽数据传输的工程实践。

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这本书的排版和插图设计，说实话，一开始并没有给我留下特别惊艳的印象，它走的是传统的教材风格——实用至上。但随着阅读深入，我开始体会到这种风格的深层价值。它没有用花哨的色彩分散注意力，所有的图例，无论是时序图还是逻辑门电路图，都力求清晰、无歧义。特别是对复杂总线仲裁协议的示意图，用最简洁的线条勾勒出了多主机竞争资源的动态过程，让人一眼就能抓住核心矛盾点。在术语的定义上，这本书做得极其严谨，几乎每一个专业名词都会在第一次出现时给出清晰、无二义性的解释，这对于跨专业学习者来说简直是福音。它强迫你用最精确的语言去描述复杂的电子信号和控制流程，这种对准确性的苛刻要求，潜移默化地提升了我的专业素养，让我在后续阅读其他更前沿的资料时，基础更加牢固，理解起来也更加游刃有余。

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这本书的行文风格带着一种老派学者的沉稳和洞察力，读起来就像是聆听一位经验丰富的大师在娓娓道来。它并没有一味地追求“新潮”或者“快速上手”，而是非常耐心地构建知识的体系。我特别欣赏它在处理复杂逻辑电路和时序控制方面的细腻笔触。举个例子，在讲解并行接口和串行接口的差异时，作者没有简单地罗列两者的优缺点，而是通过对比它们在不同应用场景下的性能瓶颈和解决方案，让读者自然而然地理解为什么会有这些设计。这本书对于那些追求“知其所以然”的工程师尤其友好。它会引导你思考，为什么早期的总线设计会是那种结构，以及后续技术是如何在这种基础框架上进行优化的。书中穿插的一些历史背景介绍，也让学习过程不再枯燥，而是充满了探索的乐趣。每次合上这本书，总感觉自己的知识库又得到了一次结构性的加固，而非零散知识点的堆砌。

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这本书的封面设计很朴实，拿到手里的时候就感觉很有分量，那种沉甸甸的感觉，让人觉得里面肯定装了不少真材实料。我印象最深的是它对基础概念的梳理，简直是教科书级别的严谨。比如讲解寄存器和内存地址映射那块，作者用了大量的图表和流程图，把原本晦涩难懂的二进制运算和硬件结构讲得清晰透彻。我以前自学的时候总是在一些细节上打结，比如数据如何在不同总线间传输、中断的优先级是如何确定的，这本书几乎把所有可能出现的疑问都考虑进去了，并且给出了详尽的解释和实际应用案例。尤其是关于I/O端口编程的部分，作者没有停留在理论层面，而是深入到了具体指令集的应用，手把手地教你如何通过软件控制硬件。读完这部分，我感觉自己像是真正走进了微机内部的世界，对整个系统的运作机制有了脱胎换骨的认识。这本书的阅读体验非常扎实，适合那些希望从根本上理解计算机底层工作原理的读者，绝对是案头必备的工具书，翻阅率极高。

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坦白说，初次接触这本书时，我有些担心它会过于偏重理论而脱离实际操作，毕竟“原理”和“技术”这两个词放在一起，常常意味着枯燥的公式推导。然而，这本书成功地找到了一个绝佳的平衡点。它在讲解完CPU的工作周期和指令集架构后，紧接着就给出了一系列基于实际微处理器的实验设计思路。这些设计思路非常贴合当时的硬件环境，虽然现在看来可能有些基础，但对于理解指令如何转化为物理动作至关感十足。我最喜欢的是它对调试和故障排除方法的介绍，那部分内容写得非常务实，教导读者如何利用简单的逻辑分析仪或者示波器来验证自己的程序逻辑是否与硬件同步。这种理论指导实践，实践反过来加深对理论理解的循环，使得学习过程非常有效率。对于动手能力强的读者来说，这本书提供的不仅仅是知识，更是一套行之有效的工程思维方法论。

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这本书的深度和广度令人印象深刻，它仿佛是一张精心绘制的宏大蓝图，展现了微型计算机系统的方方面面。我尤其欣赏它在系统集成和外设通信协议上的论述。它没有止步于讲解单个芯片的功能，而是花了大篇幅去探讨多个模块如何协同工作，比如DMA控制器如何接管CPU的控制权以实现高效数据传输，以及中断系统如何保证实时响应性。这些内容对于构建完整的嵌入式系统概念至关重要。我发现，每当我遇到一个关于硬件协作的难题时，翻开这本书，总能在某个章节找到相关的设计哲学和约束条件。它教会我的不仅是如何使用接口，更是如何从系统层面去设计一个稳定、高效的数据交换通道。这本书的价值在于它提供了一个坚实的基石，让你能够自信地去探索更高层级的系统架构，因为它早已为你打通了最底层的“任督二脉”。

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