具体描述
《微机原理与接口技术》以Intel 80X86微处理器为背景，从应用角度系统地介绍了16／32位微机的工作原理、常用指令及其汇编语言程序设计、存储器系统、微机总线、输入输出接口及其应用技术等。
全书共分12章。在总结微机基本原理和技术特点的基础上，介绍了微机接口技术的基本要点。又分别阐述了8086微处理器及其系统结构、指令系统、汇编语言程序设计方法、存储器、计数器／定时器8253、中断控制器8259A、DMA控制器8237A、数／模和模／数转换、高位微机基本原理、人机交互接口的组成原理及其应用技术，并给出了微机系统常用的通用可编程接口和主要外设接口的应用实例分析。全书在内容安排上注重系统性、逻辑性、先进性和实用性。每章附有大量实例和习题。
《微机原理与接口技术》可作为高等学校计算机专业、电子信息工程专业、自动化专业和工科类其他专业本科生的教材，也可作为从事微机系统开发和应用的工程技术人员的参考用书。
计算机体系结构与嵌入式系统设计 第一章 计算机系统基础 本章将带领读者深入理解现代计算机系统的基本组成和工作原理。我们将从硬件层面剖析中央处理器（CPU）、存储器系统（包括主存和高速缓存）以及输入/输出（I/O）设备的结构与功能。重点探讨指令集架构（ISA）的设计哲学，如CISC与RISC的演进，以及它们如何影响程序执行效率。同时，系统地介绍存储器的层次结构，从寄存器到固态硬盘，分析缓存一致性协议（如MESI）在多核系统中的作用。此外，本章还将涵盖数据表示的底层细节，包括整数、浮点数的存储标准（IEEE 754），以及如何利用位操作进行高效的算法实现。理解这些基础概念是后续深入学习系统编程和硬件交互的关键。 第二章 处理器微架构详解 本章聚焦于现代高性能处理器的核心技术——微架构。我们将详细解析指令级并行（ILP）的实现，包括指令预取、分支预测单元（BTB、GShare等）的工作机制，以及乱序执行（Out-of-Order Execution）如何最大化流水线的利用率。流水线技术将作为贯穿本章的主线，从经典的五级流水线到超标量和超长指令字（VLIW）架构的对比分析。性能瓶颈的识别与优化是本章的另一重点，我们将讨论数据相关性、控制相关性对流水线的影响，以及如何通过重命名、重排序缓冲区（ROB）来缓解这些问题。对于多核处理器，本章会介绍片上系统（SoC）的设计趋势，以及线程级并行（TLP）的概念，为理解现代并行计算打下坚实基础。 第三章 内存管理与虚拟化 本章深入探讨操作系统如何管理物理资源，特别是内存。我们将详细阐述虚拟内存的概念，包括地址翻译过程、页表结构（单级、多级页表），以及TLB（Translation Lookaside Buffer）在加速地址转换中的作用。内存保护、内存映射文件（mmap）的工作原理也将被详细剖析。在性能优化方面，本章会分析内存访问模式对缓存命中率的影响，以及栈、堆、数据段、代码段的内存布局。最后，虚拟化技术，如硬件辅助虚拟化（Intel VT-x/AMD-V）和Hypervisor的类型（Type 1与Type 2），将作为高级主题进行介绍，展示如何在单一硬件上安全高效地运行多个操作系统实例。 第四章 高性能并行计算模型 随着摩尔定律的放缓，并行化成为提升计算性能的主要途径。本章系统介绍并行计算的理论基础和编程模型。我们将从理论上区分数据并行和任务并行，并探讨实现并行化的主要硬件平台：多核CPU、GPU（图形处理器）和专用加速器（FPGA/ASIC）。重点介绍并行编程模型，包括OpenMP（用于共享内存系统）和MPI（用于分布式内存系统）的核心API和使用范例。性能分析工具（如Profiling工具）的应用将指导读者如何度量和优化并行程序的效率，识别负载不均衡和通信开销等常见问题。 第五章 嵌入式系统硬件平台与资源约束 本章将视角转向资源受限的嵌入式环境。我们将详细介绍主流的嵌入式处理器架构，如ARM Cortex-M系列和RISC-V的特点与差异，重点关注其低功耗设计、中断控制器（NVIC）和特殊指令集。与通用PC架构不同，嵌入式系统强调资源的最优利用，因此，本章将深入探讨片上总线结构（如AMBA AXI/AHB），以及外部设备接口的集成。资源约束下的软件开发策略，如裁剪实时操作系统（RTOS）内核、内存池管理和功耗管理技术，将是本章的实践重点。 第六章 实时系统与中断处理机制 实时性是嵌入式和控制系统的核心要求。本章专注于实时操作系统（RTOS）的设计原理和实现。我们将分析周期性任务和非周期性任务的调度策略，如固定优先级抢占式调度、轮转调度，并深入探讨EDF（Earliest Deadline First）等动态优先级算法。中断是实时系统的关键：本章会详细讲解中断服务程序（ISR）的编写规范、中断延迟的计算与优化，以及如何处理中断嵌套和软件中断。同时，我们将讨论如何使用信号量、消息队列等同步原语来安全地进行任务间通信，避免死锁和竞态条件。 第七章 嵌入式系统的外设交互与驱动开发 本章讲解如何让软件与底层硬件进行高效、可靠的交互。我们将系统地介绍嵌入式系统中常见的I/O接口技术，包括：通用异步收发器（UART）、I2C/SPI串行总线协议的工作时序和主机/从机模式编程；模数转换器（ADC）与数模转换器（DAC）的采样率、精度与触发机制；以及通用定时器（Timer）在脉冲宽度调制（PWM）、输入捕获和延时生成中的应用。驱动程序开发部分将侧重于寄存器级编程，解释如何通过直接读写内存映射的I/O地址空间来实现对硬件的精确控制。 第八章 片上总线协议与互联技术 现代嵌入式SoC内部结构复杂，需要高效的总线系统连接CPU、存储器和各类外设。本章将深入剖析先进的片上总线协议，如ARM的AMBA系列（AHB、APB、AXI）。我们将详细对比这些协议在带宽、延迟和仲裁机制上的设计目标和技术差异。AXI协议的突发传输（Burst Transfer）、质量服务（QoS）标记以及主设备/从设备接口的握手信号将是分析的重点。理解这些互联技术有助于系统架构师进行合理的模块划分和性能瓶颈定位。 第九章 系统级功耗管理与低功耗设计 在移动和物联网设备中，功耗是决定产品寿命的关键因素。本章专门探讨系统级的功耗管理技术。我们将从晶体管层面分析动态功耗和静态功耗的来源，然后过渡到系统层面的策略。主要内容包括：时钟门控（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）的应用，以及动态电压与频率调整（DVFS）技术。如何通过分析工作负载和实时调度需求来动态调整CPU频率和电压，以实现在性能满足要求下的最低能耗，将通过实际案例进行演示。 第十章 嵌入式系统安全基础 随着嵌入式设备接入网络，安全性变得至关重要。本章介绍嵌入式系统面临的主要安全威胁，如固件篡改、侧信道攻击和物理攻击。我们将探讨硬件安全模块（HSM）的作用，包括安全启动（Secure Boot）流程的设计，以及如何利用信任根（Root of Trust）来验证系统完整性。此外，本章还将介绍内存保护单元（MPU）在隔离关键代码和数据区域中的应用，以及基本的加密/解密硬件加速器的集成与使用方法。
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