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出版者:中南大学出版社

作者:李正华

出品人:

页数:258

译者:

出版时间:2005-8

价格:24.0

装帧:平装

isbn号码:9787811051506

丛书系列:

图书标签:

• 微型计算机
• 计算机原理
• 接口技术
• 汇编语言
• 数字电路
• 计算机组成原理
• 8086
• 微处理器
• 嵌入式系统
• 硬件设计

《数字时代的基石：微型计算机系统深度解析》 本书并非聚焦于微型计算机硬件设计的具体原理与接口技术，而是将视角置于更宏观的层面，深入剖析微型计算机系统之所以能够运作、为何如此强大，以及它们如何渗透并重塑我们所处的数字时代。我们将一同探索那些构成我们日常所见的智能设备、强大的服务器以及无处不在的嵌入式系统背后的核心思想与发展脉络。 第一部分：数字世界的语言——数据表示与逻辑运算 在深入理解微型计算机的复杂性之前，我们必须先掌握构成其运行基础的最基本元素。本部分将带领读者穿越至数字信息的源头，揭示二进制的奥秘——一切数字信息，无论是文字、图像、声音还是程序指令，都将转化为0和1的组合。我们将详细阐述不同数据类型（整数、浮点数、字符等）如何在计算机内部以二进制形式精确表示，以及这些表示方式如何影响数据的存储与处理。 随后，我们将进入逻辑运算的世界。布尔代数作为数字电路的基石，其逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）的原理与功能将被细致讲解。读者将了解这些看似简单的逻辑门如何组合成更复杂的算术逻辑单元（ALU），进而实现加、减、乘、除等基本算术运算，以及逻辑判断、位移等操作。这部分内容旨在建立读者对计算机如何执行基本计算任务的直观理解，为后续更复杂的系统架构打下坚实基础。 第二部分：微型计算机的“大脑”与“记忆”——处理器与存储器体系 本部分将转向微型计算机的心脏——中央处理器（CPU）和其不可或缺的伙伴——存储器。我们将探讨CPU的内部结构，重点解析其指令集架构（ISA）的设计理念，理解指令如何被提取、解码、执行。尽管不侧重于具体的接口细节，但我们会阐述CPU如何通过内部总线与存储器及其他组件进行通信，以及不同类型的CPU（如RISC与CISC）在设计哲学上的差异及其对性能的影响。 存储器部分，我们将区分不同层级的存储器，从速度最快但容量有限的寄存器，到高速缓存（Cache），再到容量巨大但速度相对较慢的主存储器（RAM）。我们将深入讲解缓存的引入如何有效解决CPU与主存之间的速度鸿沟，以及各种缓存策略（如写回、写穿）的工作原理。此外，我们还会探讨非易失性存储器（如ROM, Flash Memory）的作用，它们如何承载着系统的基本启动程序和固件。 第三部分：指挥一切的“灵魂”——操作系统原理 任何硬件系统都需要一个“管理者”来协调和调度资源，这个角色由操作系统（OS）承担。本部分将深入探讨操作系统的核心功能与原理，为读者揭示微型计算机如何从一堆冰冷的硬件转变为能够执行用户指令、运行复杂应用的智能系统。 我们将详细讲解进程管理，理解进程与线程的概念，以及操作系统如何创建、调度、终止进程，并实现它们之间的通信与同步。同时，内存管理是操作系统的另一项关键职责，我们将介绍虚拟内存、分页、分段等技术，解释操作系统如何有效地为每个程序分配内存空间，并保护它们之间不相互干扰，实现高效的内存利用。 文件系统是用户与存储设备交互的桥梁，我们将剖析文件系统的结构，包括目录、文件、权限等概念，以及操作系统如何实现文件的创建、读取、写入和删除。此外，设备管理也是操作系统的核心组成部分，我们将讨论I/O系统的工作原理，以及操作系统如何通过驱动程序与各种外部设备进行交互。 第四部分：连接与交互的世界——通信与网络基础 现代微型计算机早已不是孤立的个体，它们通过各种方式相互连接，形成了庞大的网络体系。本部分将聚焦于微型计算机的通信机制与网络基础。 我们将从数据链路层开始，介绍各种通信介质（如以太网线缆、Wi-Fi）以及数据传输的基本方式。随后，我们将进入网络层，重点解析IP协议的作用，理解IP地址的分配与路由机制，以及TCP/IP协议栈的工作原理，如何保证数据在网络中的可靠传输。 此外，我们还会探讨广域网（WAN）与局域网（LAN）的概念，以及路由器、交换机等网络设备在其中扮演的角色。对于分布式系统和云计算等日益重要的概念，本部分也将提供初步的认识，阐述微型计算机如何在更大的协作体系中发挥作用。 第五部分：应用与演进——微型计算机的价值体现与未来展望 在理解了微型计算机的硬件基础、软件支撑以及通信网络之后，本部分将探讨它们如何在现实世界中创造价值，并展望其未来的发展趋势。 我们将审视微型计算机在各个领域的广泛应用，从个人电脑、智能手机，到服务器、嵌入式系统（如智能家居、汽车电子、工业自动化）。每个领域中，微型计算机都扮演着核心角色，驱动着技术革新和产业升级。 最后，我们将对微型计算机的未来发展进行展望。摩尔定律的延续与挑战，新型处理架构的涌现（如GPU、AI芯片），以及量子计算的潜在影响，都将是探讨的重点。同时，我们也将关注微型计算机在人工智能、物联网、大数据等前沿技术中的演进方向，以及它们如何继续深刻地改变我们的生活和社会。 本书旨在为读者构建一个关于微型计算机系统的宏大而清晰的图景，帮助理解这些看似寻常的设备背后蕴含的深刻技术原理和演进逻辑。它不仅仅是对技术本身的介绍，更是对数字时代底层驱动力的一次深入探索。

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作为一名已经工作了一段时间的工程师，重新翻阅这本《微型计算机原理与接口》，感觉就像是重温了一遍自己青春期的“武功秘籍”，虽然招式略显过时，但内功心法却是扎实的。这本书最让我印象深刻的是它对“数据通路”的描述，不仅仅停留在逻辑层面，更深入到物理信号如何通过总线进行传输和仲裁。尤其是它对DMA（直接内存存取）控制器的剖析，简直是教科书级别的精准。作者似乎有一种强迫症，一定要把每一个时钟周期内，CPU、内存和外设之间的“对话”都记录下来。这使得我们在设计一些需要精确时序控制的外围电路时，能找到非常可靠的理论依据。不过，现代的微机系统已经高度集成化，很多我们过去需要用几页纸去描述的时序和控制逻辑，现在都被封装在黑盒子芯片内部了。因此，这本书的价值更多体现在“理解原理”上，而不是“直接应用”。对于想要快速构建一个基于FPGA的简易处理器模型的人来说，它提供了绝佳的参考框架，但如果期待它能教会你如何配置一个现代操作系统下的驱动程序，那可能就要失望了，因为它更侧重于硬件层面的“物理实现”。

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这本书的文字风格，说实话，有一种朴实到近乎严肃的学术腔调，没有太多花哨的比喻或引人入胜的故事性叙述，通篇贯彻着一种“事实就是如此，请自行推导”的基调。这对于我这种需要明确指令的读者来说，既是优点也是缺点。优点在于信息密度极高，每一个定义都精准无误，没有模糊地带。缺点是，当你遇到一个复杂的总线仲裁问题时，你很难找到一段轻松的文字引导你理清思路，更多的是依靠自己反复对照图示和文字描述，在脑海中搭建起那个虚拟的硬件模型。书中对并行通信协议的讲解尤为深入，尤其是关于握手信号的交互过程，写得非常透彻，我甚至能想象出数据在线缆上传输的波形变化。然而，对于“接口”这部分内容的覆盖，我感觉稍微有些偏向于传统的并行和串行端口，对于现代网络接口（如以太网控制器基础结构）的介绍显得比较单薄。如果能用同样详尽的篇幅去剖析现代网络芯片的接收和发送流程，这本书的实用价值会大大提升。目前的版本，更像是一部专为打下坚实硬件基础而设计的参考手册。

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这本书的排版和图示质量，总的来说是工整且实用的，但确实透露着一股“老派”的气息。图表大多是黑白的线条图，没有过多色彩来区分不同的信号线或功能模块，这在一定程度上增加了初学者的理解负担。我记得我第一次尝试理解那张复杂的I/O设备连接图时，差点被那些密密麻麻的箭头搞晕。不过，一旦你适应了这种纯粹的、不加修饰的表达方式，你会发现它的精确度是无可挑剔的。书中对中断处理流程的逻辑推导，是我在其他很多参考资料中都未曾见过的清晰程度，它几乎是手把手地教你如何追踪一个硬件中断请求信号如何一步步穿过优先级编码器，最终触发CPU执行特定的服务程序。这份对流程细节的执着，使得这本书成为了一份极佳的“故障排查指南”的理论基础。如果你在调试一个老式的并行打印机接口或者设计一个定制化的低速传感器接口时遇到问题，这本书里很可能藏着你需要的那个关键时序解释。它更像是一份冷兵器时代的兵法，教你如何运用最基础的力学原理去赢得战斗，而不是教你如何操作最新的高科技武器。

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这本《微型计算机原理与接口》的书籍，坦白说，给我的感觉就像是翻开了一扇通往数字世界内部构造的大门，只不过，门扇的铰链似乎有些年头了，需要使上点力气才能推开。初学者可能会被书里那些密密麻麻的寄存器定义和总线时序图吓到，感觉像是直接跳进了大学三年级电路原理的期末考试现场。我花了相当大的精力去理解CPU如何一步步解析和执行指令集，那种“哦，原来是这样工作的”的顿悟时刻，是伴随着大量画图和查阅手册才艰难实现的。书中对8051单片机和早期的并行接口（如LPT）的描述非常详尽，几乎到了零件级的深度。如果你是那种喜欢刨根问底，想知道每一个电平变化背后逻辑的硬核发烧友，这本书无疑提供了足够的“燃料”。然而，对于希望快速上手应用或者对现代嵌入式系统（比如ARM架构下的各种SoC设计）感兴趣的读者来说，这本书的视角显得过于“复古”。它更像是一份详尽的历史文献，记录了微机发展史上的关键节点，但对于如何用最新的SDK和工具链去构建一个现代物联网设备，指导性就显得不足了。感觉作者在编写时，是抱着一种“必须让你理解底层原理”的严谨态度，这种态度值得尊敬，但学习过程的坡度确实陡峭了一些。

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读完这本书的感受，我得承认，它更像是一本被精心打磨的、理论性极强的教科书，而非一本面向快速实践的“工具书”。它的结构非常清晰，从数据表示到存储器寻址，再到中断控制，逻辑链条环环相扣，编排得如同一个精密机械的蓝图。特别是关于“内存映射I/O”和“中断向量表”的章节，作者用了不少篇幅去解释其背后的硬件实现机制，这点非常出色。我个人特别欣赏它对时序图的细致描绘，那种对信号上升沿和下降沿的精确控制描述，让我深刻体会到了“时序就是生命线”的真谛。但是，这种极度的理论化也带来了一个问题：实操性略显不足。书中提供的实验案例，大多集中在如何通过汇编语言直接操作端口和寄存器，这对于培养扎实的底层理解是必要的，但对于习惯了高级语言抽象的现代工程师来说，上手难度较高。我期待看到更多关于如何将这些原理应用于现代总线结构（比如PCIe或USB）的讨论，但这本书似乎将重点牢牢地锁定在了上世纪末期的经典架构上。总体来说，这是一部需要沉下心来啃读的经典之作，它要求读者投入大量的“脑力劳动”。

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