計算機組成原理與接口技術——基於MIPS架構

《計算機組成原理與接口技術——基於MIPS架構》是2014年8月清華大學出版社出版的圖書，作者是左冬紅。

基本介紹

• 中文名：計算機組成原理與接口技術——基於MIPS架構
• 作者：左冬紅
• 出版社：清華大學出版社
• 出版時間：2014年8月
• 定價：39 元
• ISBN：9787302341024

內容簡介

本書以MIPS微處理器為背景，全面闡述了計算機組成原理與接口技術。首先簡要闡述了計算機系統的基本構成、結構模型、工作原理以及計算機系統的信息表示、存儲和運算基礎； 然後重點介紹了MIPS指令系統、彙編程式設計及其C語言常用語句的彙編指令實現方法，並介紹了一個基於簡單MIPS指令集單周期微處理器的具體實現方法； 接著詳細描述了計算機系統的存儲系統組成以及分層組織管理機制，包括記憶體管理、Cache技術、虛擬存儲器技術等； 並在簡要介紹各類匯流排的基礎上，詳細地介紹了基於匯流排技術的常見接口設計技術，包括存儲器接口、並行I/O接口、串列I/O接口，並詳細介紹了接口設計中常用的中斷技術、DMA技術以及通道技術； 最後介紹了計算機系統常用的人機接口設備及其工作原理，包括鍵盤、滑鼠、顯示器工作原理及其與計算機系統的接口原理。

全書介紹了兩類計算機程式語言： 彙編語言和C語言。彙編語言有助於深刻理解計算機內部工作機制； C語言用於撰寫各類接口驅動程式。本書通過對計算機系統結構及高級語言編程控制相關內容的論述，力求幫助讀者建立從數字電路到計算機系統軟、硬體協同工作的知識體系。本書適合作為計算機組成原理、微處理器及其接口技術等課程的教材，並可作為從事計算機套用技術的工程技術人員的參考用書。

圖書目錄

第1章計算機系統基礎

1.1計算機發展簡史

1.2計算機系統構成

1.3計算機工作原理

1.4計算機結構模型

1.5計算機中的信息表示

1.5.1數制及其互換

1.5.2整數的表示

1.5.3小數的表示

1.5.4數的存儲

1.5.5字元的表示

1.6計算機運算基礎

1.6.1無符號數運算

1.6.2符號數運算

1.6.3浮點數運算

1.7C語言數據類型的含義

思考與練習

第2章彙編語言

2.1計算機語言

2.2計算機指令

2.3彙編指令概述

2.4運算元類型

2.4.1暫存器運算元

2.4.2存儲器運算元

2.4.3立即數

2.5MIPS指令編碼

2.5.1R型指令

2.5.2I型指令

2.5.3J型指令

2.6常用MIPS彙編指令

2.6.1數據傳送指令

2.6.2算術運算指令

2.6.3邏輯運算指令

2.6.4程式控制類指令

2.7子程式實現原理

2.7.1子程式相關指令

2.7.2棧

2.7.3子程式的嵌套調用

2.7.4程式的記憶體映像

2.8字元數據處理

2.9定址原理

2.9.1運算元定址

2.9.2指令定址

2.10編譯、彙編、連結、裝載過程

2.10.1編譯

2.10.2彙編

2.10.3連結

2.10.4裝載

2.11彙編程式設計

2.11.1偽指令

2.11.2宏指令

2.11.3系統功能調用

2.11.4彙編程式設計舉例

2.12Intel X86微處理器指令集簡介

思考與練習

第3章微處理器

3.1微處理器基本構成

3.2簡單MIPS指令集微處理器基本構成

3.3數據通路實現原理

3.3.1指令獲取部件

3.3.2R型指令實現部件

3.3.3存儲器數據存取部件

3.3.4條件跳轉控制

3.3.5無條件偽直接定址部件

3.3.6完整的數據通路構成

3.4控制器實現原理

3.4.1ALU控制

3.4.2主控制器

3.4.3不同指令的執行過程描述

3.5微處理器設計新技術

3.5.1流水線技術

3.5.2超標量技術

3.6微處理器異常處理原理

3.6.1異常事件識別

3.6.2斷點保存和返回

3.6.3異常處理程式進入方式

3.7微處理器外部接口

3.8MicroBlaze微處理器簡介

思考與練習

第4章存儲系統

4.1計算機存儲系統構成

4.2內部存儲器

4.2.1存儲器分塊組織

4.2.2記憶體條

4.2.3記憶體訪問邊界對齊

4.3記憶體管理

4.3.1分段管理

4.3.2分頁管理

4.3.3段頁式管理

4.4高速快取原理

4.4.1Cache構成原理

4.4.2Cache讀策略

4.4.3Cache寫策略

4.4.4Cache 替換策略

4.5虛擬存儲器原理簡介

思考與練習

第5章匯流排技術

5.1計算機匯流排結構

5.1.1單匯流排結構

5.1.2雙匯流排結構

5.1.3多匯流排結構

5.2匯流排技術基礎

5.2.1匯流排分類

5.2.2匯流排指標

5.2.3匯流排仲裁

5.2.4匯流排信息傳輸與錯誤檢測

5.2.5匯流排時序

5.2.6匯流排操作

5.3AXI片內匯流排

5.3.1AXI匯流排結構

5.3.2AXI匯流排信號

5.3.3AXI匯流排操作時序

5.4PCI局部匯流排簡介

5.4.1PCI匯流排信號

5.4.2PCI匯流排時序

5.5常見外部匯流排

5.5.1IDE匯流排

5.5.2SATA匯流排

5.5.3SCSI匯流排

5.5.4RS232匯流排

5.5.5USB匯流排

5.5.6SPI匯流排

5.5.7I2C匯流排

思考與練習

第6章接口技術

6.1接口的基本概念

6.1.1接口功能

6.1.2接口構成

6.1.3接口與外設間的數據傳送方式

6.1.4接口控制方式

6.2I/O接口定址方式

6.2.1I/O接口結構

6.2.2標準I/O定址方式

6.2.3存儲器映像I/O定址方式

6.3接口解碼原理

6.3.1直接解碼

6.3.2間接解碼

6.4接口解碼電路

6.4.1邏輯門電路

6.4.2專用解碼晶片

6.4.3可程式邏輯器件

6.4.4分級解碼

6.5接口匯流排連線原則

6.5.1地址匯流排連線原則

6.5.2數據匯流排連線原則

6.5.3控制匯流排連線原則

6.5.4不同位寬接口兼容

6.6存儲器接口設計

6.6.1半導體存儲晶片簡介

6.6.2典型存儲晶片接口

6.6.3簡單存儲器接口

6.6.4存儲控制器

6.7並行I/O接口設計

6.7.1獨立開關輸入接口

6.7.2發光二極體輸出接口

6.7.3矩陣式鍵盤接口

6.7.4七段數碼管動態顯示接口

6.7.5A/D轉換器ADC1210接口

6.7.6GPIO控制器

6.7.7外設控制器

思考與練習

第7章中斷技術

7.1中斷控制器構成

7.1.1中斷請求信號保持與清除

7.1.2中斷源識別

7.1.3中斷允許控制

7.1.4中斷優先權

7.2中斷控制器舉例——AXI INTC

7.2.1主要特徵

7.2.2基本構成

7.2.3中斷處理過程

7.2.4中斷信號時序

7.2.5編程控制

7.3微處理器回響中斷的一般過程

7.4典型微處理器中斷系統

7.4.1Intel 80X86中斷系統

7.4.2MicroBlaze中斷系統

7.5中斷方式接口設計

7.5.1中斷程式構成

7.5.2standalone作業系統中斷相關係統調用

7.5.3定時器中斷程式設計實例

7.5.4SPI匯流排接口中斷程式設計實例

思考與練習

第8章DMA技術及通道

8.1DMA傳送基本原理

8.1.1DMA傳輸計算機系統構成

8.1.2DMA傳輸步驟

8.1.3DMA傳輸方向

8.1.4DMA傳輸模式

8.2DMA傳送基本流程

8.3DMA控制器

8.3.1可程式DMA控制器8237A

8.3.2Xilinx XPS DMA控制器

8.4通道

8.4.1通道類型

8.4.2通道的功能

8.4.3通道工作過程

思考與練習

第9章人機接口

9.1顯示器工作原理

9.1.1CRT顯示器顯示原理

9.1.2LCD顯示器顯示原理

9.1.3顯示器成像原理

9.1.4VGA接口標準

9.2簡單VGA顯示控制器設計

9.2.1VGA控制器原理

9.2.2VGA控制器設計實例

9.3Xilinx XPS TFT顯示控制器

9.3.1基本結構

9.3.2圖像顯示數據流

9.3.3編程控制

9.3.4PLB匯流排讀/寫時序

9.3.5套用實例

9.4VGA圖像及字元顯示編程控制

9.4.1圖形及圖像顯示控制

9.4.2字元顯示控制

9.5鍵盤工作原理

9.5.1鍵盤掃描碼

9.5.2鍵盤復位

9.5.3命令集

9.5.4主機與鍵盤之間的初始化通信過程實例

9.6滑鼠工作原理

9.6.1輸入解析度和縮放比例

9.6.2位移數據包

9.6.3操作模式

9.6.4命令集

9.6.5主機與滑鼠之間的初始化通信過程實例

9.7PS/2通信接口

9.7.1PS/2通信協定

9.7.2PS/2設備到主機的通信

9.7.3主機到PS/2設備的通信

9.7.4Xilinx XPS PS/2 IP核

9.8PS/2接口鍵盤、滑鼠接口程式設計

9.8.1PS/2接口鍵盤接口程式設計

9.8.2滑鼠接口程式設計

思考與練習

附錄MIPS整數指令編碼表

參考文獻