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出版者:东南大学出版社

作者:郁慧娣 编

出品人:

页数:394

译者:

出版时间:2004-6

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787810503563

丛书系列:

图书标签:

• 微机原理
• 微机接口
• 汇编语言
• 计算机系统
• 硬件技术
• 数字电路
• 嵌入式系统
• 单片机
• 8086
• 计算机组成原理

《微机系统及其接口技术》—— 深入解析现代计算机核心架构与互联之道 本书导读： 在信息技术日新月异的今天，计算机系统已不再是遥不可及的庞大机器，而是渗透到我们生活、工作、乃至思维方式的方方面面。要真正掌握现代计算的精髓，必须深入了解其“心脏”——微处理器（Microprocessor）的工作原理及其与外部世界的“神经系统”——接口技术。 《微机系统及其接口技术》旨在为读者构建一个全面、系统且深入的微机系统知识体系。本书聚焦于80x86/x64系列微处理器架构，辅以必要的现代嵌入式系统设计理念，带领读者从最基础的二进制逻辑，逐步攀登至复杂的系统集成与高速数据传输层面。我们摒弃了碎片化的知识点堆砌，力求展现一个完整的、逻辑自洽的微机系统全景图。 全书内容按照模块化、递进式的结构精心组织，确保读者能够循序渐进地掌握核心概念，并将理论知识转化为实际的工程能力。 --- 第一部分：微机系统的基础与核心架构 本部分是理解后续所有高级主题的基石，着重于微处理器的内部结构、工作流程以及最原始的系统构建要素。 第一章：数字逻辑基础与信息表示 深入探讨二进制、十六进制等数制转换，布尔代数、逻辑门电路（与、或、非、异或等）的原理与应用。重点阐述了数据的表示形式，包括有符号/无符号数的补码表示法，浮点数的IEEE 754标准，以及字符编码（如ASCII和Unicode）在内存中的存储方式。理解这些是后续学习指令集和内存寻址的前提。 第二章：微处理器结构与工作原理 详细剖析现代微处理器的核心组成部分，包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）、寄存器组。深入讲解指令的取指、译码、执行三个阶段的流水线操作，以及时钟周期对系统速度的决定性影响。本章将以经典的8086/8088架构为起点，对比分析x64架构的演进，特别是多核、超线程技术的概念。 第三章：指令系统与汇编语言编程 这是连接硬件与软件的桥梁。本书详细分类讲解了数据传输指令、算术逻辑指令、程序控制指令（跳转、循环）和字符串操作指令。重点剖析了寻址方式（立即数、寄存器、直接、间接、相对寻址）的多样性及其在实际编程中的效率考量。通过大量实例代码演示，使读者能够熟练使用汇编语言编写高效、精简的底层代码，实现对CPU的直接控制。 第四章：存储系统层次结构 内存是系统的“工作台”。本章系统地介绍了存储器的层次结构：从速度最快、容量最小的寄存器，到高速缓存（Cache L1/L2/L3）的工作机制（写策略、替换算法），再到主存储器（RAM/ROM）。特别关注虚拟存储器的概念，包括分页（Paging）与分段（Segmentation）机制如何通过内存管理单元（MMU）实现地址翻译和保护，以及局部性原理在优化内存访问中的作用。 --- 第二部分：微机系统与外部设备的接口技术 微处理器需要与外部世界进行高效、可靠的数据交换。本部分专注于总线结构、I/O控制以及中断机制。 第五章：系统总线结构与时序控制 系统总线是微机系统的“高速公路”。本章深入分析了地址总线、数据总线和控制总线的物理特性和逻辑功能。详细解析了总线仲裁的必要性，以及同步/异步总线的工作方式。重点讨论了总线周期的确定过程，包括读/写操作的时序信号，以及如何利用缓冲器和驱动器隔离和增强信号。 第六章：输入/输出（I/O）接口技术 本章讲解了微处理器如何与各种外部设备（如键盘、显示器、磁盘驱动器）通信。对比分析了串行I/O（如UART）和并行I/O的优缺点和应用场景。重点阐述了I/O端口的编址方式（统一编址与独立编址），以及程序控制I/O、中断驱动I/O和直接内存访问（DMA）这三种主要的I/O数据传输模式的实现原理和适用条件。 第七章：中断与异常处理机制 中断是实现多任务和实时响应的关键。本章详细介绍了硬件中断（外部中断、内部中断）和软件中断的流程。深度解析了中断控制器（如8259A或现代APIC）的工作模式、中断向量表（IVT）的建立与维护。阐述了中断发生时，CPU如何保存现场、跳转执行中断服务程序（ISR）并恢复现场，以确保系统调度的平稳性。 第八章：可编程接口芯片与外设控制 本章侧重于对经典和现代接口芯片的应用。深入研究了定时/计数器芯片（如8253/8254）在产生精确时间脉冲和实现事件计数中的作用。讨论了键盘/显示控制器的工作原理，以及如何通过这些芯片驱动基础的I/O设备。本章将引导读者理解如何通过软件配置这些接口芯片的特定寄存器来完成复杂的控制任务。 --- 第三部分：现代系统扩展与互联技术 随着系统复杂度的提升，标准的总线接口已无法满足高性能需求，本部分探讨了系统的高速扩展方案。 第九章：存储器与外部设备的扩展接口 聚焦于现代高性能接口技术。详细分析了PCI/PCI Express（PCIe）的总线结构、事务层和物理层，解释了为何PCIe采用了串行点对点连接而非并行共享总线。同时，探讨了USB接口在即插即用设备中的优势，以及SATA/NVMe等高速存储接口的协议基础。 第十章：内存控制与直接内存访问（DMA） DMA是提高系统效率的关键技术，它允许外设绕过CPU直接读写内存。本章深入讲解DMA控制器（如8237或现代片上DMA引擎）的工作模式，包括单周期、突发传输等。分析了DMA操作如何与CPU进行总线请求和授权，实现高效的数据块传输，显著减轻CPU的I/O负担。 第十一章：微机系统的并行处理与多处理器 本章探讨了超越单核限制的系统设计。介绍了多处理器系统的基本拓扑结构（如UMA/NUMA）。讨论了总线缓存一致性协议（如MESI协议）在多核系统中同步数据的重要性，以及如何通过并行指令集（如SIMD扩展）来加速数据密集型计算。 --- 本书特色与学习目标： 本书不仅仅是理论的陈述，更强调“可操作性”。通过对指令集和寄存器层面的深度剖析，读者将能够： 1. 透视底层逻辑： 彻底理解CPU执行指令的每一个时钟周期细节。 2. 掌握编程技巧： 熟练运用汇编语言解决特定硬件控制和性能优化问题。 3. 理解接口设计： 掌握总线仲裁、中断管理和DMA控制的核心原理。 4. 系统分析能力： 能够分析和诊断现代计算机系统在硬件层面遇到的通信和性能瓶颈。 无论是计算机科学专业的学生、嵌入式系统开发者，还是希望深入理解计算机工作机理的工程师，本书都将提供一个坚实、详尽且极具实践价值的学习蓝图。通过系统学习，读者将真正从“使用计算机”提升到“设计与控制计算机”的层面。

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说实在的，这本书的深度足够支撑我后续很长一段时间的学习和工作。它不是一本应付考试的速成指南，而更像是一本可以长期放在手边的参考手册。与其他很多过时的教材相比，这本书在保持核心原理不变的同时，对一些新兴的接口技术和协议做了适当的更新，保持了相对的前沿性。我最欣赏的是它处理问题的角度——总是从系统级的角度出发，而不是局限于某个特定芯片的 datasheet。当我对某个功能模块产生疑问时，这本书总能提供一个宏观的背景和一套通用的设计哲学，让我可以灵活地将所学知识迁移到不同的微控制器或处理器架构上。每次重温其中的章节，都会有新的感悟，这才是真正的好书的标志。

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这本《微机系统及其接口技术》的书，我真的得好好说说我的感受。说实话，当初拿到这书的时候，我对这个专业名词还是有点懵的，毕竟我之前对计算机硬件的了解也就停留在装个内存条、换个显卡的水平。但是这本书的编排方式非常直观，它没有一开始就抛出一大堆晦涩难懂的专业术语，而是像讲故事一样，从最基础的CPU结构讲起，一步步地剖析了整个微机系统的运作原理。特别是关于总线结构的那一章，作者用了很多形象的比喻，让我这个门外汉也能很快理解数据如何在不同部件之间高效传输。我印象特别深的是讲到中断处理那一部分，讲解得极其细致，把硬件中断和软件中断的区别，以及它们在操作系统调度中的作用，都阐述得清清楚楚。读完后，我感觉自己不再是那个只知道“开机-运行”的普通用户了，而是对计算机的“心脏”和“神经系统”有了更深层次的认知。这本书的价值就在于，它能把复杂的技术问题用清晰的逻辑和图示展现在你面前，大大降低了学习门槛。

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我记得我是在备考一个硬件工程师的认证考试时开始啃这本书的。坦白讲，市面上讲接口技术的书很多，但大多要么过于理论化，公式堆砌，要么就是只罗列标准，缺乏实际应用场景的描述。而《微机系统及其接口技术》的厉害之处在于它的“工程实践导向性”。它不仅告诉你某个接口标准（比如PCIe或者USB）的物理层规范是什么，更重要的是，它深入分析了在实际嵌入式系统设计中，如何根据不同的数据吞吐量和实时性要求来选择合适的接口，以及如何进行必要的驱动编写和时序控制。书中很多案例分析都非常贴合工业现场的需求，比如高速数据采集卡的设计考量，或者低功耗设备的电源管理策略，这些内容在其他教科书里是很难见到的深度。每次遇到拿不准的设计细节时，翻开这本书，总能找到可以参考的范例和权威的解释，可以说是我的“救命稻草”。

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这本书的排版和图文质量也值得称赞。作为一本偏硬核的技术书籍，清晰的示意图是理解微机架构的关键。这本书在这方面做得非常出色，无论是系统级的方框图，还是芯片内部寄存器的位域图，都绘制得非常精细，线条干净利落，标注清晰明确。更让我觉得贴心的是，作者在介绍一些复杂的时序图和波形图时，往往会配有详细的文字解读，而不是简单地把图丢在那里让读者自己去猜。例如，在讲解DMA（直接内存访问）的读写周期时，书中给出的时序图配合解释，让我一下子就明白了CPU是如何释放控制权给DMA控制器的全过程，避免了长时间盯着那些密密麻麻的时序信号而感到头晕。这种对读者学习体验的关怀，让枯燥的硬件学习过程变得相对轻松愉快。

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对于想从软件转向底层硬件的程序员来说，这本书简直是一本“内功心法”。我过去主要写应用层代码，对内存映射、I/O端口的读写操作总是停留在API调用的层面，从未真正理解过底层的交互机制。读了这本书后，我才明白为什么有时候内核态和用户态的访问权限会有那么大的区别，以及中断服务程序（ISR）为什么必须写得尽可能快。书中关于存储器管理单元（MMU）的介绍，特别是虚拟地址到物理地址的转换过程，用层次化的页表结构讲解得透彻无比。这不仅仅是理论知识，它直接影响了我后来调试操作系统内核驱动时的效率和准确性。通过这本书，我仿佛拿到了一个“上帝视角”的钥匙，能看到程序在硬件上是如何一步步被执行的，极大地提升了我对系统性能瓶颈的定位能力。

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