Programming the Z80 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Sybex Inc

作者:Rodnay Zaks

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1981-06

价格:USD 24.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780895880697

丛书系列:

图书标签:

• Z80
• 汇编语言
• 编程
• 计算机体系结构
• 复古计算
• 电子工程
• DIY
• 技术
• 经典
• 教程

架构与性能的精妙融合：深入解析现代计算系统的底层逻辑 本书旨在为读者构建一个关于现代高性能计算系统的全面、深入的理解框架。我们不会沉溺于特定微处理器的汇编语言细节，而是将焦点置于驱动当代数字世界的底层架构、内存层级、并行计算范式以及操作系统内核的交互机制。本书的每一章都围绕一个核心概念展开，力求在理论深度与工程实践之间找到完美的平衡点。 第一部分：计算基石——从冯·诺依曼到指令集架构的演进 本部分将系统性地探讨现代计算机科学的理论基础，并追溯其工程实现的历史轨迹。我们首先回顾冯·诺依曼架构的经典模型，分析其在现代处理器设计中如何被继承和突破。随后，我们将深入剖析指令集架构（ISA）的本质，对比RISC与CISC的设计哲学差异，并重点分析现代处理器如何通过微架构设计（如流水线、超标量执行、分支预测）来弥合两者在性能上的差距。 重点内容包括： 1. 数据表示与运算单元： 深入研究定点和浮点运算的IEEE 754标准，探讨算术逻辑单元（ALU）的设计复杂度与优化策略，包括乘法器的实现技术（如Booth算法的优化应用）。 2. 控制单元与指令调度： 分析复杂指令的微操作解码过程，以及静态与动态指令调度的机制，这对理解现代CPU如何最大化利用执行端口至关重要。 3. 现代ISA特性剖析： 以主流的64位架构为例，详细阐述寄存器堆栈、向量扩展（如SIMD指令集）的编程模型及其对数据密集型应用（如图形处理、科学计算）性能的决定性影响。 第二部分：内存层级与数据流管理——性能的瓶颈与突破 在多核和高频处理器时代，内存延迟已成为系统性能的最大制约因素。本部分将详尽阐述内存子系统的复杂结构，并指导读者如何设计数据访问模式以最大化缓存命中率。 1. 缓存系统精要： 详细讲解一级、二级、三级缓存的工作原理，包括块的组织、替换策略（LRU, FIFO的变体）以及写回/写透策略的性能权衡。我们还将探讨缓存一致性协议（如MESI/MOESI）在多核系统中的作用，理解缓存“伪共享”问题及其规避方法。 2. 主存与虚拟内存： 深入探讨动态随机存取存储器（DRAM）的内部结构、刷新周期和内存控制器的工作原理。随后，剖析虚拟内存管理的机制，包括页表结构、TLB（转换后备缓冲器）的工作流程及其对程序执行上下文切换的影响。 3. 非易失性存储的崛起： 介绍固态存储技术（NAND Flash）的工作原理，对比其与传统机械硬盘的I/O特性，并探讨持久性内存（Persistent Memory）如何改变数据持久化的编程范式。 第三部分：并行计算的范式与实现 现代计算的性能提升主要依赖于并行化。本部分将从硬件和软件两个层面，系统梳理并行计算的各种模型。 1. 线程与进程模型： 区分操作系统层面的线程与用户态的协程（Coroutines）。深入分析并发编程中的核心挑战——同步与互斥，探讨无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的设计思想及其在高性能场景下的应用。 2. 多核与异构计算： 研究共享内存模型（如OpenMP）和消息传递模型（如MPI）的编程接口和适用场景。重点分析GPU（图形处理器）的SIMT（单指令多线程）架构，探讨如何有效地将任务映射到数千个小型核心上进行数据并行处理。 3. 数据流与反应式编程： 探讨超越传统控制流的计算模型，如何通过数据依赖关系驱动计算，这在处理高吞吐量的流数据处理（如网络分析或实时监控）中展现出巨大潜力。 第四部分：系统交互与性能剖析 本部分将目光投向应用软件与底层硬件的接口，探讨如何利用系统工具进行性能分析和优化。 1. 系统调用与内核交互： 解析程序如何通过系统调用与操作系统内核进行通信，理解上下文切换的开销，以及I/O多路复用（如`select`, `epoll`）背后的原理。 2. 性能分析技术： 介绍硬件性能计数器（Hardware Performance Counters）的使用，讲解如何利用性能分析工具（如`perf`）捕捉缓存未命中率、分支预测错误和指令周期等关键指标。 3. 编译器与优化： 探讨现代优化编译器（如LLVM/GCC）如何将高级语言代码转化为高效的机器码，特别是寄存器分配、循环展开和向量化等底层优化策略如何直接影响最终的运行速度。 结论：未来计算的趋势 本书最后将展望计算架构的未来方向，包括类脑计算（Neuromorphic Computing）的初步概念，以及量子计算在特定领域的潜在颠覆性影响，确保读者能够站在当前技术的最前沿，对未来的软件和硬件设计趋势有所预判。 本书适合于对计算机体系结构有基本了解，并希望深入理解高性能计算系统内部运作机制的工程师、高级程序员以及计算机科学专业学生。通过本书的学习，读者将能够从根本上理解“为什么我的程序运行得慢”，并掌握优化复杂软件系统的理论工具和实践方法。

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老实说，我最初买这本书是抱着试试看的心态，毕竟现在市面上关于新兴架构的书籍多如牛毛，一本专注于Z80这样“古董”处理器的书，我担心内容会过于陈旧或视角狭隘。然而，这本书的编排逻辑却出乎意料的现代和严谨。它没有沉湎于历史的怀旧，而是将Z80的指令集作为一块坚实的基础，然后迅速过渡到了更高级的主题，比如结构化编程在汇编层面的实践，以及如何用有限的资源实现高效的数据结构。我特别欣赏作者在软件工程方面的见解，他讨论了如何编写可维护、可调试的汇编代码，这在那个年代是非常超前的思维。书中提供的那些模块化代码片段，即使拿到今天来看，其设计思想依然具有参考价值。我尝试用书中的方法重写了我过去的一个小项目，结果程序的体积和运行速度都有了显著的改善，这证明了书中理论的实用性和前瞻性。这本书的价值在于，它提供了一个学习复杂系统编程的范本，而Z80只是实现这个范本的载体。

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这本书的阅读体验，说实话，需要一定的耐心和毅力，它绝不是那种可以轻松快速翻完的“快餐读物”。每一章的深度都要求读者进行大量的动手实践和反复思考。我记得在学习浮点运算模拟的部分，我光是对照着书上的流程图和伪代码，就在我的开发板上调试了整整一个周末。书中对特定指令集扩展的讨论也非常到位，那些不常使用的稀有指令，作者也给出了详细的使用场景和注意事项，这对于进行深度优化至关重要。我感觉作者对Z80这颗芯片的热爱和敬畏之情是贯穿全书的，他似乎在尽力把所有他知道的“黑魔法”都毫无保留地传授给读者。正是这种近乎偏执的详尽，使得这本书成为了我理解复杂系统行为的“圣经”。每一次当我遇到新的性能瓶颈或者奇怪的硬件交互问题时，我都会重新翻阅这本书，总能找到一丝线索。

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最让我感到惊喜的是这本书在特定应用场景的案例分析部分。它不仅仅停留在基础的I/O操作和内存管理上，而是深入探讨了如何用Z80构建一个小型操作系统内核的雏形，以及如何高效地驱动图形显示和声音输出。这些章节的难度陡增，但作者的叙述方式却始终保持着一种鼓励探索的基调。他会提出一个问题，然后展示几种不同的解决方案，并详细对比它们的优劣——这种辩证性的分析方式，极大地拓宽了我的思路。例如，书中对DMA（直接内存存取）控制器的讲解，配以清晰的时序图，让我彻底明白了数据如何在CPU不知情的情况下高速传输，这对后来我接触更复杂的总线架构也有着莫名的启发。这本书的厉害之处在于，它成功地将一个特定的微处理器技术文档，升华为了一本关于系统设计哲学的高级教材。

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我收藏了不少关于早期微处理器的书籍，但这一本《Programming the Z80》在排版和图示的质量上明显高出一筹。那些电路图和逻辑门的表示清晰锐利，即便是多年后的今天，打印出来的效果依然非常专业，这对于理解指令周期的细微差别至关重要。很多同类书籍的图注模糊不清，让人抓狂，但这里完全没有这个问题。此外，书中附带的代码示例都是经过严格测试的，我尝试编译和运行了其中的大部分，几乎没有遇到任何错误，这极大地节省了我调试的时间。作者的语言风格非常沉稳和权威，每一个论断都建立在坚实的逻辑基础之上，让人读起来信心十足。它不是那种试图用花哨的营销语言来吸引读者的书，它依靠的是硬核的知识密度和无可挑剔的准确性，来赢得读者的尊重。这本书是献给那些真正想成为“工匠”而不是“用户”的程序员们的最佳礼物。

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这本关于Z80编程的书简直是为我这种老派计算机爱好者量身定做的！我记得拿到书的时候，那种沉甸甸的质感就让人对里面的内容充满了期待。首先吸引我的是它对底层汇编语言的讲解，作者没有采取那种干巴巴的罗列指令的方式，而是通过一系列精心设计的实例，将内存寻址、寄存器操作的精髓一步步剖析出来。读起来就像是跟着一位经验丰富的老工程师在你的身边，手把手教你如何榨干每一滴性能。尤其是关于中断处理的那一章，我花了很长时间去理解那些时序图和标志位的变化，但这本书的图解和注释异常清晰，让我第一次真正体会到了硬件是如何与软件完美协作的。它不仅仅是教会你“怎么做”，更重要的是解释了“为什么是这样做的”，这种对原理的深入挖掘，让我的编程思维得到了极大的提升，远超出了我预期的学习效果。对于任何想要真正理解8位机架构的硬核玩家来说，这本书绝对是案头的必备工具书，随手翻开一页，都能发现新的知识点。

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