The Motorola Mc68000 Microprocessor Family pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Prentice Hall

作者:Thomas L. Harman

出品人:

页数:633

译者:

出版时间:1995-09

价格:USD 161.40

装帧:Paperback

isbn号码:9780131587427

丛书系列:

图书标签:

• 68000
• 微处理器
• Motorola 68000
• 计算机体系结构
• 嵌入式系统
• 汇编语言
• 硬件设计
• 电子工程
• 技术参考
• 经典教材
• 芯片
• 编程

精选微处理器架构与系统设计：从基础概念到前沿应用 图书简介 本书聚焦于现代计算系统的核心——微处理器架构的原理、设计与应用。本书旨在为电子工程、计算机科学以及相关领域的学生和专业人士提供一个全面、深入且高度实用的知识体系，涵盖从底层硬件逻辑到复杂系统集成的关键技术。 第一部分：微处理器基础理论与指令集架构 (ISA) 本部分奠定了理解所有现代处理器的理论基础。我们首先深入探讨冯·诺依曼与哈佛架构的对比及其在现代处理器设计中的演变，详细分析程序计数器、指令寄存器、内存地址寄存器等核心组件的功能与交互机制。 随后，本书将重点解析指令集架构 (ISA) 的设计哲学。我们将剖析精简指令集计算 (RISC) 与复杂指令集计算 (CISC) 的核心区别，并通过具体的案例研究（如早期PowerPC或现代ARMv8的简化模型）来阐释指令格式、寻址模式（立即数、寄存器直接、内存间接）的设计考量。读者将学会如何评估一个ISA的代码密度、功耗效率和流水线友好性。特别地，我们花费大量篇幅讨论条件码、状态寄存器（PSR/CPSR）的作用，以及它们如何支撑高效的程序控制流。 第二部分：高性能处理器核心设计 本部分是本书的技术核心，详细剖析了如何构建一个能够高效执行指令的处理器核心。 流水线技术： 我们从最基础的五级经典流水线（取指、译码、执行、访存、写回）开始，详细解释数据冒险（RAW, WAR, WAW）的类型，并深入介绍解决这些冒险的硬件技术，包括前递 (Forwarding/Bypassing) 和暂停 (Stalling) 机制的精确实现。在此基础上，本书进一步探讨超标量 (Superscalar) 架构的设计挑战，包括指令发射宽度、保留站 (Reservation Stations) 的管理，以及乱序执行 (Out-of-Order Execution, OoOE) 的复杂调度算法，如Tomasulo算法的原理与应用。 分支预测单元 (Branch Prediction)： 现代处理器的性能瓶颈往往在于分支预测的准确性。本书提供了一个关于分支预测机制的深度教程，从静态预测讲到复杂的动态预测方法。我们将详细分析一步位、两步位饱和计数器，并深入探讨分支历史表 (BHT)、全局历史寄存器 (GHR) 与局部历史寄存器 (LHR) 的结合使用，以及间接分支目标缓冲器 (BTB) 在预测性能提升中的关键作用。 内存系统与缓存层次结构： 处理器性能与主存速度的巨大差距催生了复杂的缓存系统。本书详尽解析L1、L2、L3 缓存的结构，包括组相联、全相联和直接映射的工作原理，并重点讨论缓存一致性协议，如MESI 协议的读写操作流程，以及如何通过写缓冲器 (Write Buffer) 和写回/写穿透策略来优化内存访问延迟。 第三部分：并行计算与多核架构 随着摩尔定律的演进，并行化成为提升性能的主要途径。本部分关注如何将多个处理单元集成到一个系统中。 多线程与同步： 我们探讨了同步多线程 (SMT，如 Intel 的 Hyper-Threading) 的实现机制，即如何在一个物理核心内共享执行资源以提高资源利用率。更进一步，本书深入研究多核 (Multi-Core) 系统的互连结构，包括片上网络 (NoC) 的拓扑结构（如 Mesh、Torus）及其路由算法。 一致性模型与内存模型： 在多核环境下，确保数据在不同处理器之间的一致性至关重要。本书详细解释了顺序一致性 (Sequential Consistency, SC) 与弱一致性模型 (Weak Consistency Models) 之间的权衡，并讨论缓存一致性协议在多核环境下的扩展，如 Directory-Based 协议如何解决大规模系统中的缓存一致性维护问题。 第四部分：嵌入式系统中的低功耗设计 针对移动和物联网应用，本部分侧重于如何在性能需求与严格的功耗预算之间找到平衡。 时钟门控与电源门控： 详细阐述动态和静态功耗的来源，并介绍实现时钟门控 (Clock Gating) 和电源门控 (Power Gating) 的硬件技术，解释它们如何根据指令流的局部活动性关闭不必要的逻辑单元。 能效优化技术： 我们研究了频率/电压调节 (DVFS) 技术在现代处理器中的应用，如何根据实时工作负载动态调整核心电压和工作频率，以在满足性能SLA的同时实现最大能效比。 附录：硬件描述语言与仿真验证 本书的附录部分提供了实践指导，介绍了使用Verilog/VHDL 描述处理器关键模块（如 ALU、寄存器堆）的基本语法和方法，以及使用仿真工具进行功能验证和性能指标度量的流程，帮助读者将理论知识转化为实际的硬件设计能力。 本书的结构设计旨在确保读者不仅理解现有处理器的“是什么”，更能掌握其“为什么”和“如何”进行设计，为未来处理器架构的创新打下坚实的基础。

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这本书的结构安排简直是教科书级别的典范。它没有一上来就抛出全部的技术细节，而是采取了一种螺旋上升的模式。前几章构建了坚实的理论基础，就像打地基一样，让你对整个家族的统一性有宏观的认识。随后，每一章都像开辟一个新的战场，分别深入探讨了010、020、030乃至后来的EC000等不同型号之间的差异化设计哲学和性能提升点。这种分层递进的方式，极大地降低了处理如此庞大信息量的心理压力。我特别喜欢其中关于流水线设计和特权模式隔离的章节，作者用了大量的对比图来展示不同版本在处理中断和地址重定位时的优雅或笨拙之处，清晰地勾勒出了摩尔定律推动下，计算架构进化的清晰脉络。

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当我开始真正阅读时，我立刻注意到了作者在叙事上的独特节奏感。他似乎有一种天赋，能将极其晦涩难懂的寄存器操作和内存管理概念，转化为一种近乎于讲故事的流畅叙述。初学者可能只需要跟随他的引导，就能逐步理解M68k系列处理器的核心架构是如何一步步构建起来的，这种渐进式的教学方法非常人性化。但有趣的是，即便对于我这样已经有些年头、自认为对老架构有所了解的“老兵”来说，书中对某些特定指令集扩展的深度挖掘和历史背景的补充，依然提供了不少“原来如此”的顿悟时刻。作者绝非仅仅罗列手册上的数据，他总能巧妙地穿插一些早期开发者的实际工程难题和解决方案，使得那些冰冷的规格说明顿时鲜活起来，充满了那个时代特有的挑战与智慧。

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令人惊喜的是，本书在理论深度之外，对实际应用层面的关注度也相当高。它没有沉溺于纯粹的学术讨论，而是多次提及了当年业界在移植操作系统、设计嵌入式系统时遇到的实际瓶颈。书中穿插的那些关于汇编语言编程技巧和编译器后端优化的讨论，虽然篇幅不算多，但每一处都堪称是精辟的“业界秘籍”。例如，书中关于如何优化M68000上特定循环结构的建议，简直是宝典级的存在。这使得这本书不仅仅是一本历史回顾或架构参考，更是一本可以让你提升代码效率、理解底层硬件限制的实用指南。对于那些致力于复古计算项目或者需要维护遗留系统的工程师来说，这种实操层面的指导价值无可估量。

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这部书的装帧和纸质出乎我的意料地精良，拿到手上就感觉沉甸甸的，很有分量感。封面设计简洁却不失专业范儿，那种深沉的蓝色调配上清晰的字体，一看就知道是给真正想钻研技术的人准备的。我最欣赏的是它的排版，字体大小和行距拿捏得恰到好处，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。内页的图表和电路图，那些复杂的逻辑结构，都被清晰、高分辨率地呈现出来，即使用放大镜看细节，线条也依然锐利，没有丝毫模糊不清的感觉。这对于一个需要对照实物或者自己绘制概念图的工程师来说，简直是福音。随便翻开一页，都能感受到出版社在制作过程中的一丝不苟，那种对技术文献质量的尊重，让人在阅读之前就对内容抱持了极高的期待。这种实体书的质感，是任何电子阅读器都无法比拟的，它更像是一件值得收藏的工具书，而不是易耗品。

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从一个收藏者的角度来看，这本书的价值已经超越了其作为技术手册的实用功能。它像是一部浓缩的半导体发展史诗，记录了一个时代最具影响力的CPU家族的兴衰荣辱。作者的文字中流露出的，是对整个计算黄金时代的一种深深的敬意和怀念。阅读它，不光是在学习指令集，更像是在与那些奠定现代计算基石的天才们进行跨时空的对话。它的索引和附录部分制作得异常详尽，即便是查询一个不常用的特定操作码，也能迅速定位，显示出编纂者付出的巨大心血。总而言之，这是一部既有学术严谨性，又不失阅读乐趣和实用指导意义的重量级作品，值得任何对计算科学历史感兴趣的人珍藏。

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