微处理机导论(第三版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

图书标签:

• 微处理器
• 计算机组成原理
• 数字电路
• 汇编语言
• 嵌入式系统
• 计算机体系结构
• 电子工程
• 高等教育
• 教材
• 第三版

　　本书着重在8051之系统架构及实作技巧，从8051之内部系统及指令详加介绍，进而介绍至实习模组之电路及各种介面电路与控制方法，读者可依本书实作，亲身体验8051的强大功能，极适合做为大专电子科「专题制作」之课程用书。

计算机体系结构与系统设计基础 第一部分：计算机系统的基石 本书旨在为读者提供一个全面而深入的计算机体系结构与系统设计的入门级导论，聚焦于现代计算设备的核心组件、工作原理及其相互协作的机制。我们摒弃了对特定微处理器型号的过度依赖，转而探讨支撑所有现代计算系统的通用原理和设计哲学。 第一章：信息表示与数据通路 本章首先探讨信息在计算机内部的数字化表示方式。从最基础的二进制系统出发，详细阐述了整数（补码、移码）、定点数与浮点数的IEEE 754标准表示法，及其在精度和范围上的权衡。随后，我们进入数据通路的构建。着重分析组合逻辑电路和时序逻辑电路的基本单元，如加法器、多路复用器、寄存器和锁存器。继而，深入探讨算术逻辑单元（ALU）的设计，如何通过指令控制实现复杂的算术和逻辑运算。本章的重点在于建立硬件如何精确无误地处理和转换数据的直观理解。 第二章：指令集架构（ISA）的哲学 指令集架构是硬件与软件之间的契约。本章系统梳理了不同类型的ISA设计范式，包括精简指令集计算机（RISC）与复杂指令集计算机（CISC）的设计思想、优缺点及其历史演变。我们将详细分析指令的格式、寻址模式的丰富性，以及操作码的编码策略。此外，本章将用大量篇幅讨论过程调用机制、堆栈操作以及程序状态寄存器的管理，为后续的程序执行流程分析奠定坚实基础。 第二章补充：汇编语言视角下的系统抽象 为了更好地理解ISA，本章引入了汇编语言作为连接高级语言和机器码的桥梁。通过分析典型的汇编指令序列（如数据移动、条件分支、循环控制），读者可以清晰地看到高级编程结构是如何被映射到硬件可执行的底层操作上的。 第二部分：处理器核心设计 第三章：单周期与多周期数据通路 本章是处理器设计的核心。首先从最简单的单周期实现开始，分析取指、译码、执行、访存和写回五个阶段在一个时钟周期内完成的局限性。随后，过渡到更高效的多周期设计，引入了控制信号的精确时序控制，展示了如何通过在多个时钟周期内划分指令执行步骤来优化时钟频率和资源利用率。本章将侧重于控制单元的设计——如何基于指令译码的结果生成精确控制信号流。 第四章：流水线技术：性能提升的关键 流水线技术是现代高性能处理器不可或缺的一部分。本章详细剖析了五级经典流水线（IF, ID, EX, MEM, WB）的结构，并深入探讨了实现流水线必须解决的三大冒险问题：结构冒险、数据冒险和控制冒险。针对这些冒险，我们系统地介绍了解决方案，包括数据前递（Forwarding/Bypassing）技术、延迟槽的利用，以及各种分支预测策略（如静态预测和动态预测，如一步/两步分支历史表）。本章旨在揭示性能提升背后的复杂协调机制。 第四章补充：异常与中断处理机制 高效的处理器必须能优雅地处理突发事件。本章讨论了中断和异常的产生、检测、挂起当前程序执行流以及将控制权转移到异常处理程序（Handler）的完整流程。重点分析了在流水线环境中如何精确地暂停和恢复程序执行状态，以保证系统的响应性和确定性。 第三部分：存储系统的层次结构 第五章：存储器的物理特性与组织 本章聚焦于计算机系统的存储层次结构。从易失性存储器（SRAM和DRAM）的基本工作原理、组织结构（如RAS/CAS时序）及其在CPU内部和主存中的应用讲起。随后，讨论非易失性存储技术（如Flash存储器）的特性及其在固态硬盘（SSD）中的应用。本章强调理解存储介质的延迟、带宽和成本之间的内在联系。 第六章：高速缓存存储器（Cache）的设计与管理 高速缓存是弥合CPU速度与主存速度巨大鸿沟的关键。本章系统地介绍了缓存的层次结构（L1, L2, L3），并详细分析了影响缓存性能的关键设计参数：容量、块大小（Block Size）、关联度（Associativity）。我们将深入探讨地址映射策略（直接映射、全相联、组相联），以及写操作策略（写直通、写回）。本章的难点在于对缓存替换算法（如LRU、FIFO）的深入理解及其对程序局部性原理的依赖性。 第六章补充：虚拟存储器与地址转换 本章讲解了操作系统如何通过虚拟存储器技术为每个进程提供一个一致的、私有的地址空间。核心内容包括页表的组织、多级页表结构，以及加速地址转换的转换后备缓冲器（TLB）的工作机制。我们探讨了缺页（Page Fault）的发生、处理流程以及内存保护的实现。 第四部分：系统互连与I/O 第七章：总线与互连结构 计算机系统中各个部件之间的数据传输依赖于高效的互连结构。本章分析了同步总线和异步总线的时序特性，以及总线仲裁机制（如链式查询、计数器定时查询）。随后，我们将视野扩展到多处理器系统中的互连网络拓扑结构（如总线矩阵、交叉开关、Mesh网络）及其在提高系统吞吐量方面的作用。 第八章：输入/输出（I/O）接口与控制 本章探讨了如何将外部设备（如键盘、显示器、网络接口）连接到主CPU。详细分析了I/O控制的三种基本方式：程序控制I/O、中断驱动I/O以及直接内存存取（DMA）。本章特别强调DMA控制器的工作原理，它如何使得数据传输绕过CPU，从而显著提高系统整体的并行处理能力。 结语 本书提供了一个从晶体管层面抽象到系统级协作的完整框架，重点在于理解设计者为实现性能、功耗和成本之间的平衡所采用的经典技术和基本原理，而非特定产品的操作手册。

1. 1-1
1.0 本章教学大纲 1-2
1.1 微处理机发展史 1-2
1.2 背景基础摘要 1-10
1.2.1 设计法浅说 1-10
1.2.2 逻辑电路的基础 1-13
1.2.3 资料结构的基础 1-20
1.2.4 循序电路基础 1-32
1.3 微处理机的基本分类 1-35
1.3.1 易混淆名词释义 1-35
1.3.2 电脑的分类 1-36
1.3.3 微处理机的分类 1-39

2. 2-1
2.0 本章教学大纲 2-2
2.1 典型中央处理机的基本架构方块图 2-2
2.1.1 基本架构 2-2
2.1.2 资料的转移和运算 2-6
2.2 80x86族系处理机的发展 2-8
2.3 8088/8086系列 2-13
2.3.1 8088的讯号线 2-16
2.3.2 8086的讯号线 2-20
2.4 80286 2-27
2.4.1 80286的结构特征 2-28
2.5 80386 2-36
2.5.1 80386 简介 2-36
2.5.2 80386的结构及主要功能 2-39
2.6 80486 2-42
2.7 Pentium 2-47
2.8 其他 INTEL 相容产品 2-53
2.9 680X0 2-54
2.10 其它 RISC CPU 2-57
2.10.1 Power PC 2-58
2.10.2 SPARC 2-59
2.10.3 Alpha 2-60
2.11 数位讯号处理器(DSP) 2-62
2.11.1 TMS320C1X 2-63
2.11.2 TMSC3205X 2-65
2.12 8051 单晶片 2-67

3. 3-1
3.0 本章教学大纲 3-2
3.1 算术逻辑单元的功能 3-2
3.2 加/减/乘/除法器 3-4
3.3 比较器 3-9
3.4 编码器与多工器 3-12
3.5 计数器 3-16
3.6 移位暂存器 3-21
3.6.1 暂存器的基本观念 3-21
3.6.2 移位暂存器的设计 3-21
3.6.3 桶状移位暂存器 (Barrel Shifter) 3-24
3.7 TMS320C1X/5X 之算数逻辑单元 3-26
3.8 位元片段观念 3-30
3.9 提高CPU效能的几个方法 3-32
3.9.1 浮点运算处理器 3-33
3.9.2 倍频技术与Overdrive 3-48

4. 4-1
4.0 本章教学大纲 4-2
4.1 控制单元简介 4-2
4.2 循序电路设计法 4-2
4.3 暂存器转移语言 4-8
4.3.1 暂存器间转移 4-9
4.3.2 算术逻辑指令 4-10
4.4 多相时脉解码设计法 4-11
4.5 微程式设计法 4-16
4.5.1 一个指令的分解动作 4-16
4.5.2 微程式控制 4-18
4.5.3 微程式设计 4-18
4.6 80x86的控制暂存器 4-23
4.7 Pentium的分支预测 4-26

5. 5-1
5.0 本章教学大纲 5-2
5.1 微处理机的记忆体装置 5-2
5.2 记忆体阶层 5-5
5.3 记忆体的配置技术 5-19
5.3.1 程式的参考区域性 5-19
5.3.2 虚拟记忆体的概念 5-20
5.3.3 主记忆体的定址技术 5-23
5.3.4 典型的分页记忆体系统 5-27
5.3.5 典型的分段记忆体系统 5-28
5.3.6 80X86的记忆体配置 5-30
5.3.7 Pentium内部的暂存器组 5-40
5.3.8 680x0 之内部暂存器介绍 5-41
5.4 快取 (Cache)组织 5-42
5.5 Pentium CPU的记忆体应用 5-50
5.5.1 Pentium内的快取记忆体 5-50
5.5.2 快取记忆体的组织 5-50
5.5.3 快取记忆体操作模式 5-50
5.5.4 页阶层快取记忆体管理 5-51
5.6 记忆装置的时序考虑 5-52
5.7 辅助记忆体 5-57
5.7.1 硬碟(Hard Disk) 5-57
5.7.2 磁带(Magnetic tape) 5-57
5.7.3 光碟机 5-59

6. 6-1
6.0 本章教学大纲 6-2
6.1 汇流排基本概念 6-2
6.2 汇流排的标准及设计考虑 6-9
6.2.1 汇流排的标准 6-9
6.2.2 驱动/三态能力 6-10
6.2.3 抗杂讯 6-11
6.3 Bus协调 6-12
6.3.1 同步Bus (Synchronous Bus) 6-13
6.3.2 异步Bus (Asynchronous Bus) 6-19
6.3.3 半同步Bus (Semisynchronous Bus) 6-21
6.4 裁决协定 6-25
6.4.1 中断要求裁决 6-25
6.5 汇流排週期 6-27
6.5.1 8086汇流排週期定义 6-28
6.5.2 记忆体空间与汇流排週期之关系 6-31
6.5.3 8086执行单元与汇流排介面单元 6-35
6.5.4 80486 的汇流排週期 6-37
6.5.5 Pentium的汇流排週期 6-39
6.6 其它着名汇流排 6-41
6.6.1 IEEE488汇流排 6-41
6.6.2 ISA汇流排 6-42
6.6.3 MCA BUS 6-44
6.6.4 EISA BUS 6-48
6.6.5 区域汇流排 6-51
6.6.6 其它 6-57

7. 7-1
7.0 本章教学大纲 7-2
7.1 广义中断的概念与型态 7-2
7.1.1 软体中断(Software Interrupt) 7-3
7.1.2 硬体中断(Hardware Interrupt) 7-3
7.2 8259A 可程式化中断控制器 7-14
7.2.1 8259A 的操作 7-16
7.2.2 8259A 的初始化流程及命令格式 7-19
7.3 80X86的中断系统 7-22
7.3.1 中断向量表 7-23
7.3.2 中断指令 7-25
7.3.3 8086的基本外部硬体中断介面 7-29
7.3.4 外部硬体中断时序 7-32
7.4 保护模式与实际模式的中断 7-33
7.5 Pentium 的中断系统 7-37
7.6 8051 的中断系统 7-38
7.7 TMS320C14/C5X 的中断系统 7-42

8. 8-1
8.0 本章教学大纲 8-2
8.1 软体与程式规画 8-2
8.2 80X86 软体模式 8-6
8.3 组译器的演进 8-6
8.3.1 组译的简例 8-6
8.3.2 组译器的演进 8-8
8.4 指令集结构 8-10
8.4.1 典型指令的分类 8-10
8.4.2 指令集规模 8-14
8.5 80X86微处理器的定址模式 8-16
8.6 680X0 微处理器的定址方式 8-20
8.7 TSM320 微处理器的定址方式 8-20
8.7.1 环形定址法(Circular addressing mode) 8-21
8.7.2 位元反转定址法(Bit-reversed addressing Mode) 8-23
8.8 组译 8-26
8.8.1 典型组译流程 8-26
8.8.2 原始程式结构 8-28

9. 9-1
9.0 本章教学大纲 9-2
9.1 微处理机系统的输出入结构 9-2
9.2 输出入装置的驱动方式 9-8
9.3 直接记忆体存取(DMA) 9-12
9.3.1 8237A DMA 控制器 9-16
9.4 串列传输 9-17
9.4.1 通讯传输的基础概念 9-17
9.4.2 串列埠基本结构 9-21
9.4.3 RS-232-C 介面 9-23
9.5 并列传输 9-36
9.5.1 并列传输控制 9-37
9.5.2 可程式周边介面 8255 9-39
9.6 可程式计时/计数器 8253/8254 9-52
9.6.1 控制的定义 9-55

评分☆☆☆☆☆

這次翻閱《微處理機導論（第三版）》，最讓我驚豔的，是它在「現代化」的處理器架構上的闡述。我們都知道，微處理器技術發展到今天，已經相當複雜，各種新穎的設計層出不窮。這本書能夠在第三版中，依然保持對前沿技術的關注，並且用相對易懂的方式呈現，這點非常難得。書中對於 RISC-V 這樣的開源指令集架構的介紹，以及一些關於多核心處理、快取記憶體協同作用的討論，都讓我覺得非常有價值。我特別關注的是它在闡述這些複雜概念時，並沒有犧牲掉對基礎的重視。也就是說，即使是講解最新的技術，它依然會回溯到最根本的原理，確保讀者能夠理解其演進的脈絡。對於想要跟上時代步伐，了解當前微處理器發展方向的讀者，這本書提供了一個非常好的切入點。它不是一本純粹的教科書，更像是一個對話，引導你進入這個快速變化的領域。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，身為一個在電子相關領域摸爬滾打多年的老鳥，看到這本《微處理機導論（第三版）》的封面，心裡其實是有些猶豫的。畢竟這個領域的東西，技術迭代的速度快得嚇人，很多年前學的東西，現在可能早就過時了。但翻開之後，我發現這本書並沒有讓我失望，反而給了我不少驚喜。它在基礎概念的鋪陳上，做得非常扎實，即使是對於一些比較老的技術，它的講解也清晰到位，讓我可以溫故知新。更重要的是，它並沒有停留在「過去」，而是巧妙地將一些現代微處理器的發展趨勢和應用範例融入其中，讓讀者在理解基本原理的同時，也能感受到這個領域的活力。像是關於嵌入式系統、物聯網（IoT）的應用，雖然篇幅不多，但點到為止，引人深思。我尤其欣賞書中對於各個章節之間的銜接處理，邏輯流暢，層層遞進，不會讓人覺得跳躍感太強。對於想要深入理解微處理機核心技術，同時又不希望被過時資訊淹沒的讀者來說，這本書絕對是一本值得參考的工具書。

评分☆☆☆☆☆

對於一位熱愛DIY電子專案的愛好者來說，這本《微處理機導論（第三版）》絕對是一本不可多得的寶藏！我一直對如何讓我的各種小發明「動起來」感到好奇，而微處理機就是其中的關鍵。這本書並沒有一開始就丟給我一個遙不可及的理論大網，而是從最實際的應用面切入，讓我對微處理機的「用途」產生了初步的認識。像是書中對於不同類型微處理器的介紹，以及它們各自適合應用的場景，都非常有參考價值。我最喜歡的是它裡面對於一些經典指令集和中斷處理的講解，雖然我不是工程師，但理解這些基本的工作原理，能幫助我更好地選擇合適的微控制器，並撰寫出更有效的控制程式。書中還提到了一些常見的除錯技巧，這對我這種經常在實驗室裡「碰壁」的人來說，簡直就是福音。雖然有些部分還是需要一些硬體知識的基礎，但整體來說，這本書讓我覺得，自己離「掌握」微處理機，又近了一大步。

评分☆☆☆☆☆

這本《微處理機導論（第三版）》真的是讓我跌破眼鏡！說實話，一開始拿到這本書，心裡其實是抱著一點點既期待又怕受傷害的心情。畢竟「微處理機」這個詞，聽起來就充滿了電路板、二進位 code 的硬核氣息，對我這種非資訊工程科班出身的人來說，有點像在學天書。但拿到手翻開後，發現它的編排方式和講解邏輯，比我想像中的要友善太多了！作者並沒有直接丟給你一堆密密麻麻的指令集和時序圖，而是循序漸進地引導，從最基礎的概念開始，像是「什麼是微處理機？」、「它跟一般的電腦有什麼不同？」，然後才慢慢帶入到核心架構、指令系統、記憶體管理等等。我特別喜歡它在解釋複雜概念時，會用很多生活化的比喻，像是把 CPU 的運算比喻成大腦的思考，把匯流排想像成資訊傳輸的高速公路。這種方式大大降低了學習門檻，讓我這個「門外漢」也能稍微抓到一些門道。雖然有些部分還是需要反覆琢磨，但整體而言，這本書真的有讓我感受到「學得會」的希望。

评分☆☆☆☆☆

這本《微處理機導論（第三版）》的內容，簡直就是為我這種「為了應付考試」而來的學生量身打造的！說實話，我對微處理機的興趣，大概跟對解數學證明題的興趣差不多，都是屬於「不得不」的程度。但是，這本書的優點就在於，它雖然是學術性的內容，但編排的清晰度，讓我在面對那些枯燥的公式和架構圖時，不至於完全失去方向。作者用了大量的圖示和表格，把抽象的概念視覺化，這對我來說是救命稻草。每次看到一堆密密麻麻的文字，我都想打瞌睡，但這本書的圖表，讓我可以快速抓住重點。而且，它在每個章節後面都附有一定數量的習題，雖然有時候真的很有挑戰性，但做完之後，你會發現對前面學到的內容，有更深刻的理解。我個人認為，這本書在「應試」方面，提供了非常好的輔助，但如果真的要說「有趣」，那可能就見仁見智了。