Microprocessors and Microcomputers Sixth Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版时间:2004-10-01

价格:200.0

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isbn号码:9780131224575

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图书标签:

• Microprocessor
• Microcomputer
• Digital Logic
• Computer Architecture
• Assembly Language
• Embedded Systems
• Computer Engineering
• Electronics
• Sixth Edition
• Textbook

电子脉搏的演进：芯片级的智慧革新 在信息爆炸的时代，我们生活中的每一个角落都跳动着数字的心脏——微处理器。它们是现代电子设备的大脑，是人工智能、物联网、移动通信以及无数创新应用的基石。这本书，将带您深入探索微处理器和微型计算机领域，从它们的起源、核心原理，到当前最前沿的技术发展，以及它们如何塑造我们未来的世界。 第一部分：硅片上的革命——微处理器的黎明 我们故事的开端，要追溯到上世纪中叶。在晶体管取代真空管，集成电路（IC）技术取得突破的浪潮中，微处理器的概念应运而生。这本书将首先回顾这一划时代的历程，介绍早期集成电路的先驱者们是如何在有限的空间内，将复杂的逻辑门电路集成起来，诞生了第一个真正意义上的“计算机芯片”。我们将深入了解Intel 4004、8008等早期微处理器，分析它们的设计理念、指令集以及在当时所带来的巨大影响。 集成电路的基石： 理解半导体技术的发展，特别是N型和P型半导体的特性，以及PN结的形成，是理解微处理器工作原理的前提。本书将从基础的晶体管结构和开关特性讲起，逐步引入逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）的概念，并阐释如何用这些基本逻辑门构建更复杂的组合逻辑和时序逻辑电路。 微处理器的诞生： 追溯微处理器的诞生故事，介绍Intel、AMD等公司在这一领域的早期探索。我们将详细解析Intel 4004的设计，它如何将计算、控制和输入/输出功能集成到单一芯片上，以及它在计算器等消费电子产品中的应用。随后，将探讨Intel 8008和8080等早期8位微处理器，分析它们的架构改进、指令集扩展以及它们如何奠定了个人计算机时代的基础。 架构的演进： 早期微处理器的架构设计，如累加器架构、寄存器-存储器架构等，将得到详尽的介绍。本书将分析不同架构在指令集、寻址模式、数据通路设计上的差异，以及这些差异如何影响处理器的性能和效率。 第二部分：微型计算机的崛起——从实验室到千家万户 随着微处理器技术的成熟，其强大的计算能力开始被应用到更广泛的领域，催生了微型计算机（Microcomputer）的诞生。这本书将详细阐述微型计算机的概念，分析其组成部分，如中央处理器（CPU）、内存（RAM）、存储器（ROM）、输入/输出接口等，以及它们如何协同工作。我们将回顾Apple II、IBM PC等具有里程碑意义的微型计算机，探讨它们的硬件设计、操作系统以及它们如何普及计算机技术，改变了信息处理的格局。 微型计算机的构成： 详细解析微型计算机的基本组成，包括CPU、内存、存储设备（硬盘、软盘）、输入设备（键盘、鼠标）和输出设备（显示器、打印机）等。我们将探讨这些组件之间的接口标准和通信协议，例如SATA、USB、PCIe等，理解它们如何协同工作以完成复杂的计算任务。 经典的微型计算机： 深入分析Apple II、IBM PC等早期微型计算机的设计哲学和技术特点。研究它们的CPU选择、内存扩展能力、I/O设计以及所搭载的操作系统（如CP/M、MS-DOS）是如何奠定个人计算时代的基础。 操作系统的重要性： 探讨操作系统在微型计算机中的角色，它如何管理硬件资源，提供用户接口，并运行各种应用程序。我们将简要介绍操作系统的发展历程，以及早期操作系统是如何影响微型计算机的功能和用户体验的。 硬件接口与总线： 深入讲解微型计算机内部各组件之间通信的“语言”——总线。分析ISA、EISA、PCI、PCIe等总线标准的演进，以及它们在数据传输速率、带宽和扩展性方面的提升。理解I/O端口和中断机制如何实现CPU与外围设备之间的交互。 第三部分：架构的深度探索——指令集、流水线与缓存 要真正理解微处理器的工作原理，就必须深入到其内部的架构设计。本书将详细讲解微处理器的核心架构，包括指令集架构（ISA）、指令流水线、缓存体系结构、分支预测等关键技术。我们将分析RISC（精简指令集计算）和CISC（复杂指令集计算）两种主要的指令集架构的优劣，以及它们如何影响处理器设计和性能。 指令集架构（ISA）： 深入剖析RISC和CISC指令集架构的原理。分析RISC指令集如MIPS、ARM的简洁高效，以及CISC指令集如x86的复杂强大。探讨不同ISA在指令格式、寻址模式、寄存器数量等方面的差异，以及它们对编译器设计和软件优化的影响。 指令流水线： 讲解指令流水线技术如何通过将指令执行过程分解为多个阶段（取指、译码、执行、访存、写回），实现多条指令的重叠执行，从而大幅提高处理器的吞吐量。我们将分析流水线冒险（结构冒险、数据冒险、控制冒险）及其解决策略，如流水线重启、转发、延迟槽等。 缓存体系结构： 深入探讨缓存（Cache）的原理和作用。解释多级缓存（L1, L2, L3）如何通过存储常用数据和指令，缩短CPU访问主内存的延迟，从而提高整体性能。分析缓存的写策略（写回、写通）和替换算法（LRU、FIFO）如何影响缓存命中率。 分支预测与乱序执行： 讲解分支预测技术如何通过预测条件跳转的方向，提前加载和执行指令，减少流水线停顿。分析乱序执行（Out-of-Order Execution）技术，它允许处理器在不改变程序最终结果的前提下，以任意顺序执行可用指令，最大限度地利用处理器资源。 第四部分：现代微处理器与微型计算机的挑战与机遇 进入21世纪，微处理器和微型计算机技术正以前所未有的速度发展。本书将重点关注当前行业的热点和未来发展趋势。我们将探讨多核处理器、异构计算、人工智能芯片（ASIC、FPGA、GPU）、嵌入式系统以及它们在各个领域的应用。 多核与多线程： 深入分析多核处理器的设计理念，即在一个物理芯片上集成多个独立的CPU核心。讲解多线程技术（硬件多线程、软件多线程）如何进一步提升处理器的并发处理能力。探讨并行编程模型和任务调度对多核处理器性能的影响。 异构计算： 介绍异构计算的概念，即结合不同类型的计算单元（如CPU、GPU、DSP、FPGA）来解决特定问题。分析GPU在并行计算领域的强大优势，以及其在科学计算、深度学习等领域的广泛应用。 专用集成电路（ASIC）与现场可编程门阵列（FPGA）： 探讨ASIC和FPGA在特定应用场景下的优势。ASIC提供极致的性能和能效，但开发周期长、成本高；FPGA则具有灵活性和快速原型开发能力。我们将分析它们在通信、医疗、工业控制等领域的应用实例。 嵌入式系统： 深入讲解嵌入式系统的概念和特点，它们通常是为特定任务而设计的，高度集成化，广泛应用于汽车电子、消费电子、工业自动化、医疗设备等领域。我们将介绍ARM Cortex-M系列等主流嵌入式处理器，以及RTOS（实时操作系统）在嵌入式系统中的重要性。 人工智能与机器学习的加速： 重点关注AI芯片的发展。介绍专门为神经网络和机器学习算法设计的AI加速器，分析它们的独特架构和工作原理。探讨Tensor Processing Units (TPUs)、Neural Processing Units (NPUs)等新兴技术。 绿色计算与能效： 随着计算能力的不断提升，能耗问题日益突出。本书将探讨绿色计算和能效优化的重要性，分析各种节能技术，如动态电压频率调整（DVFS）、低功耗设计以及未来处理器在能效方面的挑战。 第五部分：未来的展望——超越摩尔定律的边界 摩尔定律是否正在走向终结？未来的计算将走向何方？本书将在结尾部分，对微处理器和微型计算机技术的未来发展进行展望。我们将探讨后硅时代的材料创新、量子计算的潜力、神经形态计算的可能性，以及这些前沿技术将如何颠覆我们对计算的认知，开创一个全新的智能时代。 后硅时代的材料创新： 讨论材料科学在半导体领域的新探索，例如碳纳米管、二维材料（如石墨烯）在构建新型晶体管和超越硅基限制方面的潜力。 量子计算的曙光： 简要介绍量子计算的基本原理，包括量子比特、叠加态和纠缠态。分析量子计算在解决某些特定复杂问题（如密码学、药物发现、材料科学）上的革命性潜力，以及其当前面临的技术挑战。 神经形态计算： 探索受生物大脑启发的计算模型——神经形态计算。分析其如何在功耗和效率上超越传统冯·诺依曼架构，尤其是在模仿人类学习和感知能力方面的潜力。 软件与硬件的深度融合： 展望未来计算系统，软件和硬件将更加紧密地融合。分析领域特定架构（DSA）的发展，以及如何通过软硬件协同设计来最大化计算性能和能效。 本书力求以严谨的学术态度，结合生动的实例，为读者构建一幅完整而深刻的微处理器与微型计算机发展图景。无论您是电子工程专业的学生、硬件工程师，还是对计算机科学充满好奇的爱好者，相信这本书都能为您提供宝贵的知识和启发，帮助您理解这个由无数硅片驱动的数字世界，并更好地把握未来的科技脉搏。

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这本书的装帧设计实在是让人眼前一亮，封面采用了一种沉稳的深蓝色调，配上简洁的白色和金色的字体，透露出一种专业而又不失典雅的气质。纸张的选择也很考究，触感平滑而厚实，翻页时那种沙沙的声响，让人感到愉悦。尤其值得称赞的是，内页的排版布局非常清晰，图表和文字之间的间距处理得恰到好处，即便是那些结构复杂的电路图和时序图，也能一目了然。作为一名长期与技术书籍打交道的读者，我非常看重阅读的舒适度，而这本书在这方面的投入，绝对是物超所值的。它不仅仅是一本工具书，更像是一件精心制作的工艺品，让人愿意长时间地捧在手中细细品读，而不是匆匆翻过。这种对细节的打磨，体现了出版方对读者的尊重，也让我在学习过程中，心情格外舒畅，更容易沉浸到那些深奥的技术细节之中，找不到任何阅读上的疲劳感。

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我特别欣赏作者在讲解那些核心概念时所展现出的那种深入骨髓的洞察力。例如，在讨论中断处理机制时，书中不仅仅是罗列了中断向量表和优先级设置，而是深入挖掘了不同微处理器在处理异步事件时的权衡取舍，比如响应时间与系统开销之间的微妙平衡。这种超越了简单“是什么”的层面，直达“为什么是这样”的深度分析，对于提升读者的工程思维至关重要。很多资料只是告诉你标准答案，但这本书却致力于剖析出标准答案背后的设计哲学和历史演进。这种深入的剖析，使得我对底层硬件的理解不再停留在表面指令的记忆上，而是形成了一个完整的、相互关联的知识网络。每当遇到一个技术难题，我都能从这本书中找到关于其设计初衷的解释，这无疑为我解决实际问题提供了更坚实的理论后盾，远比死记硬背的知识点要有效得多。

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作为一本参考书，这本书的索引和术语的精确性也达到了顶尖水准。在快速查找特定信息时，一个组织良好的索引系统是效率的保证。我注意到，这本书的索引覆盖面极广，无论是早期的经典指令集，还是最新的存储器管理单元（MMU）相关术语，都能迅速定位到对应的页码，而且定位到的内容往往是核心的讲解部分，而不是简单的提及。此外，全书的专业术语使用高度统一和严谨，没有出现那种模棱两可或者中英文混用的混乱现象，这对于需要撰写规范技术文档的读者来说，提供了极大的便利。这种对术语标准的坚持，使得我们在引用或讨论其中的概念时，能够确保双方在同一个语义框架下进行交流，避免了因术语理解偏差而导致的沟通障碍，体现了其作为权威参考资料的地位。

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这本书在内容组织上的逻辑性简直是教科书级别的典范。它没有一开始就抛出那些令人望而生畏的底层代码或复杂的寄存器配置，而是采取了一种渐进式的教学方法，从最基础的二进制概念开始，逐步过渡到指令集的架构分析，最后才深入到实际系统的构建。这种由浅入深、层层递进的结构，极大地降低了初学者的入门门槛。我记得很多同类书籍，往往在前几章就让人感到力不从心，但这本书的处理方式非常巧妙，它总是先给出宏观的概念，然后再通过大量的、经过精心挑选的实例来佐证和深化理解。特别是对于那些跨越了理论和实践鸿沟的关键知识点，作者都配上了详细的流程图和伪代码分析，使得抽象的概念变得具象化。这种细致入微的引导，让人感觉就像是有一位经验丰富的导师，耐心地陪伴你一步步攻克难关，而不是简单地将一堆事实堆砌在你的面前。

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这本书在案例研究和实际应用方面的丰富程度，绝对是其最强大的卖点之一。它并非仅仅停留在理论模型的探讨，而是紧密结合了当前主流的嵌入式系统应用场景。我发现书中有大量关于数据采集、实时控制以及通信协议实现的详尽案例，这些案例不仅配有详细的硬件连接图，更有针对性的软件实现思路剖析。特别是那些关于性能优化和功耗管理的章节，内容翔实且极具操作性，对于正在从事产品开发的工程师来说，简直是如获至宝。我尝试按照书中的步骤搭建了一个小型控制系统，发现其提供的参考代码和调试技巧，极大地缩短了我的开发周期。与那些只谈理论却缺乏落地指导的书籍相比，这本书的实用性价值高出好几个量级，它真正做到了理论指导实践，而不是高高在上地谈论概念。

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