Microprocessor Theory and Applications with 68000/68020 and Pentium pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Rafiquzzaman, M.

出品人:

页数:570

译者:

出版时间:2008-9

价格:1112.00

装帧:

isbn号码:9780470380314

丛书系列:

图书标签:

微处理器
68000
68020
Pentium
计算机体系结构
数字逻辑
汇编语言
应用
理论
处理器
微电子学

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具体描述

A self-contained introduction to microprocessor theory and applications This book presents the fundamental concepts of assembly language programming and system design associated with typical microprocessors, such as the Motorola MC68000/68020 and Intel? Pentium?. It begins with an overview of microprocessors--including anexplanation of terms, the evolution of the microprocessor, and typical applications--and goes on to systematically cover: Microcomputer architecture Microprocessor memory organization Microprocessor Input/Output (I/O) Microprocessor programming concepts Assembly language programming with the 68000 68000 hardware and interfacing Assembly language programming with the 68020 68020 hardware and interfacing Assembly language programming with Pentium Pentium hardware and interfacing The author assumes a background in basic digital logic, and all chapters conclude with a Questions and Problems section, with selected answers provided at the back of the book. Microprocessor Theory and Applications with 68000/68020 and Pentium is an ideal textbook for undergraduate- and graduate-level courses in electrical engineering, computer engineering, and computer science. (An instructor's manual is available upon request.) It is also appropriate for practitioners in microprocessor system design who are looking for simplified explanations and clear examples on the subject. Additionally, the accompanying CD-ROM, which contains step-by-step procedures for installing and using Ide 68k21 (68000/68020) and MASM32 / Olly Debugger (Pentium) software, provides valuable simulation results via screen shots.

现代数字系统设计：从基础逻辑到高性能计算本书将带领读者深入探索现代数字系统的核心原理与构建方法，内容涵盖从最基础的逻辑门电路到复杂的高性能处理器架构，旨在为工程师和高级学生提供一个全面、深入且实践导向的学习路径。 --- 第一部分：数字逻辑与硬件描述语言的基石本部分聚焦于数字电路的设计与验证基础，为理解现代微处理器的工作原理打下坚实的基础。第一章：布尔代数与组合逻辑电路本章首先回顾布尔代数的基本公理与定理，阐述如何利用卡诺图（Karnaugh Maps）和奎因-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）算法进行逻辑函数的最小化。随后，详细分析各种基本逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）的特性、实现及其在实际电路中的应用。重点探讨中规模集成电路（MSI）器件，如译码器（Decoders）、编码器（Encoders）、多路复用器（Multiplexers）和加法器（Adders）的设计与应用，并深入剖析串行与并行加法器的结构与速度瓶颈。第二章：时序逻辑电路与状态机时序逻辑是实现记忆和控制功能的核心。本章从基本的锁存器（Latches）和触发器（Flip-Flops，包括SR, D, JK, T型）的特性、激励表和状态图入手，区分了电平触发与边沿触发的差异及其对系统同步的重要性。随后，系统地介绍同步时序电路的设计方法，包括寄存器（Registers）、计数器（Counters，同步与异步）的构建。核心内容集中于有限状态机（FSM）的设计，详细讲解了米利（Mealy）型和摩尔（Moore）型状态机的建模、状态分配、以及如何避免或处理竞争冒险（Hazards）。第三章：硬件描述语言（HDL）与系统级建模本章将现代数字设计流程与实际工业工具相结合，重点介绍硬件描述语言（VHDL/Verilog）在系统建模中的应用。内容覆盖HDL的基本语法结构、数据类型和并发/顺序语句。我们将演示如何使用这些语言精确描述组合逻辑和时序逻辑的行为与结构。高级主题包括模块实例化、层次化设计、以及如何利用HDL进行功能仿真与时序验证。本章强调“合成”（Synthesis）的概念，解释如何将高层次的HDL代码映射到实际的门级电路结构，并讨论不同设计风格对最终硬件资源利用率和性能的影响。 --- 第二部分：存储系统与接口技术本部分深入研究现代计算系统中存储器层次结构的设计原理以及系统组件间高效通信所需的接口技术。第四章：存储器组织与层次结构本章解析半导体存储器的基本结构，包括SRAM（静态随机存取存储器）和DRAM（动态随机存取存储器）单元的电路级工作原理及关键参数（如存取时间、刷新周期）。系统地分析了存储器映射（Memory Mapping）和地址解码的原理。重点深入探讨了存储器层次结构的必要性、工作机制和性能影响，包括缓存（Cache）的组织方式（直接映射、集合关联、全相联）、替换策略（LRU、FIFO）以及写操作策略（写直通、写回）。缓存一致性（Cache Coherence）问题在多处理器系统中的重要性也将被详细讨论。第五章：输入/输出（I/O）组织与总线结构本章探讨处理器如何与外部设备进行数据交换。系统讲解了I/O寻址方式（独立I/O与内存映射I/O）。核心内容聚焦于系统总线的设计，包括地址总线、数据总线和控制总线的时序要求和仲裁机制。章节详细分析了三种主要的I/O数据传输模式：程序控制I/O、中断驱动I/O和直接内存存取（DMA）。此外，本章还将介绍现代高速串行接口（如PCI Express的基础原理）与传统并行总线的性能对比。第六章：中断系统与异常处理中断是现代操作系统实现多任务和高效响应外部事件的关键机制。本章详细解析了中断的产生、识别、优先级管理和响应流程。内容包括中断向量表（Interrupt Vector Table）的构建、中断服务程序（ISR）的执行流程、上下文切换的细节（寄存器保存与恢复）。我们还将区分硬中断（Interrupts）与软件异常（Exceptions，如除零、地址越界）的处理机制，阐述它们对系统稳定性和软件鲁棒性的影响。 --- 第三部分：经典微处理器架构分析与扩展本部分将焦点从通用逻辑转向特定处理器的内部结构，剖析指令集的解析、执行流水线和并行化技术。第七章：指令集架构（ISA）基础本章阐述指令集架构（ISA）作为硬件与软件的契约的重要性。内容涵盖指令的格式（定长与变长）、寻址模式（立即数、寄存器、直接、间接等）的设计考量。我们将分类讨论RISC（精简指令集计算机）和CISC（复杂指令集计算机）的设计哲学及其对硬件实现复杂度的影响。此外，章节还将分析条件码和标志位的设置机制，以及过程调用和返回的堆栈操作约定。第八章：处理器核心的微架构设计本章深入探究指令在处理器内部的生命周期。首先，详尽分析单周期数据通路的设计局限性。随后，重点介绍多周期数据通路的设计，并引入指令流水线（Pipelining）的概念，详细阐述五级或更深流水线（取指、译码、执行、访存、写回）的结构、时钟周期优化以及吞吐量提升。核心挑战的解决部分将聚焦于流水线冒险（数据冒险、控制冒险）的检测与处理，包括前冲（Forwarding/Bypassing）技术和分支预测（Branch Prediction）的策略（如静态/动态预测器）。第九章：并行处理与性能增强本章探讨超越单核串行执行的性能提升技术。内容包括超标量（Superscalar）处理器的概念，即在一个时钟周期内执行多条指令的能力。详细分析乱序执行（Out-of-Order Execution）的机制，包括指令缓冲池、重排序缓冲（Reorder Buffer, ROB）和寄存器重命名（Register Renaming）在消除伪依赖性中的作用。最后，本章将触及向量处理单元（SIMD扩展）的基础原理，展示数据级并行如何应用于现代多媒体和科学计算任务。 --- 第四部分：系统级集成与未来趋势本部分着眼于现代SoC（系统级芯片）的设计范式，探讨多核协作与新兴计算模型。第十章：多核处理器与片上系统（SoC）本章将多核设计提升到系统级视角。分析多核架构的拓扑结构（如UMA与NUMA）。重点讲解多核系统中缓存一致性协议的重要性，例如MESI协议的工作流程及其在保持多处理器数据一致性中的作用。讨论片上系统（SoC）的设计理念，包括如何集成CPU核心、GPU、内存控制器和各类加速器（如DSP, NPU）到一个单一芯片上，以及片上网络（Network-on-Chip, NoC）的基本概念。第十一章：嵌入式系统与低功耗设计本章针对特定应用领域的微处理器设计，探讨嵌入式系统的特点与约束。详细分析功耗管理的策略，包括动态电压与频率调节（DVFS）的原理。讨论实时操作系统（RTOS）对中断响应时间和任务调度的特殊要求。章节还将分析片上Flash和EEPROM等非易失性存储器的读写机制，以及看门狗定时器（Watchdog Timer）在提高系统可靠性中的作用。第十二章：现代处理器接口与新兴计算范式本章简要回顾与现代处理器交互的关键技术，包括内存墙问题、内存控制器（如DDR标准）的演进。最后，本章将展望未来计算的趋势，简要介绍异构计算（CPU+GPU+加速器）的编程模型、安全启动（Secure Boot）的基础框架，以及量子计算对传统数字逻辑可能带来的长期影响。 --- 本书的特点在于，它不拘泥于单一、特定的处理器家族的汇编语言或特有指令集，而是聚焦于数字系统设计、处理器微架构的通用原理、性能瓶颈的分析方法，以及如何使用抽象的硬件描述语言构建可综合的、高性能的数字电路。它提供了跨越半导体物理基础到复杂并行计算架构的统一视角，确保读者掌握的是“如何设计”而不是“如何使用”特定芯片的知识。