計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)

內(nèi)容概要

《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)(嵌入式方法)》由麥克洛克林所著，本書(shū)在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)教科書(shū)的基礎(chǔ)之上擴(kuò)展了嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)容，并以新穎而完整的視角看待今天的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。前兩章講了計(jì)算機(jī)的發(fā)展和算術(shù)處理基礎(chǔ)知識(shí)，．隨乒分別介紹了CPU結(jié)構(gòu)、功能單元、性能優(yōu)化、外部接口、實(shí)際嵌入式處理和計(jì)算的未來(lái)。本書(shū)不僅通過(guò)大量的圖表和例子來(lái)增強(qiáng)可讀性，同時(shí)文中還穿插了許多注釋框來(lái)拓寬讀者的視野，其中包括一些額外的例子、有趣的信息摘要和附加的解釋。書(shū)中除了包含嵌入式工程師所需的所有與典型計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)理論課程有關(guān)的主要內(nèi)容外，還包括大量對(duì)目標(biāo)讀者有用的信息——甚至給讀者提供建立和測(cè)試自定義軟核處理器的機(jī)會(huì)，每一個(gè)主要的章節(jié)尾都配有思考題，在教學(xué)指南中有參考答案。
《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)(嵌入式方法)》適合于選擇了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)相關(guān)課程的本科生，尤其是大三學(xué)生，也適合于那些在開(kāi)始更深層次的課題之前需要了解計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)最新知識(shí)的研究生，還適合于行業(yè)工程師。

作者簡(jiǎn)介

作者：麥克洛克林（Ian McLoughlin） 譯者：王沁 齊悅  麥克洛克林（Ian McLoughlin），現(xiàn)任新加坡南洋理工大學(xué)計(jì)算機(jī)工程學(xué)院副教授，擁有英國(guó)伯明翰大學(xué)博士學(xué)位。過(guò)去的20年，他在三大洲的工業(yè)部門(mén)、政府部門(mén)和學(xué)術(shù)界都工作過(guò)。作為經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師，他設(shè)計(jì)和工作的系統(tǒng)涉及航空、電信、日常消費(fèi)品等諸多領(lǐng)域。他經(jīng)常主持面向電子行業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)課程，并為嵌入式系統(tǒng)（尤其是與音頻和無(wú)線技術(shù)相關(guān)）的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目提供咨詢和顧問(wèn)服務(wù)。由于其在農(nóng)村電信解決方案方面的杰出工作，他與新西蘭大吉電子有限公司（ Tait Electronics Ltd）的團(tuán)隊(duì)成員在2005年榮獲首屆IEEI程創(chuàng)新獎(jiǎng)。他是IET會(huì)員、IEEE高級(jí)會(huì)員、英國(guó)注冊(cè)工程師和全歐工程師。

書(shū)籍目錄

出版者的話
前言
致謝
第1章 引言
第2章 基礎(chǔ)知識(shí)
第3章 CPU基礎(chǔ)
第4章 處理器內(nèi)部組成
第5章 提高CPU性能
第6章 外部總線
第7章 實(shí)用嵌入式CPU
第8章 CPU設(shè)計(jì)
第9章 未來(lái)
附錄A 內(nèi)存大小的標(biāo)準(zhǔn)表示方法
附錄B 開(kāi)放系統(tǒng)互連模型
附錄C 探索cache大小和結(jié)構(gòu)安排的權(quán)衡設(shè)計(jì)方法
附錄D 嵌入式計(jì)算機(jī)上的無(wú)線技術(shù)
附錄E 編譯和仿真TinyCPU的工具
附錄F TinyCPU編譯和匯編代碼的工具
索引

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   3.1 什么是計(jì)算機(jī) 當(dāng)人們說(shuō)起一臺(tái)計(jì)算機(jī)，他們的印象是一個(gè)米色的箱子，有顯示器、鍵盤(pán)和鼠標(biāo)。雖然他們印象中的這個(gè)箱子確實(shí)包含著一臺(tái)計(jì)算機(jī)，但我們知道其實(shí)箱子里需要了解的東西還很多。 系統(tǒng)中的“計(jì)算機(jī)”部分包括CPU、存儲(chǔ)子系統(tǒng)和連接它們的總線——實(shí)際上正是這幾塊構(gòu)成了以存儲(chǔ)程序來(lái)執(zhí)行功能的數(shù)字計(jì)算機(jī)。它并不需要顯卡、無(wú)線接口卡、硬盤(pán)和音響系統(tǒng)來(lái)計(jì)算或執(zhí)行所存儲(chǔ)的程序。 存儲(chǔ)程序的數(shù)字計(jì)算機(jī)可以說(shuō)是一個(gè)非常靈活但又相當(dāng)基本的數(shù)據(jù)計(jì)算和傳輸?shù)臋C(jī)器，通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)需要的功能。 如今，科技發(fā)達(dá)地區(qū)的人們常被十幾臺(tái)或上百臺(tái)計(jì)算機(jī)包圍。它們可能在微波爐中、烤爐中、手機(jī)中、MP3播放器中，甚至是電子門(mén)鎖中。據(jù)估計(jì)，一輛豪華汽車含有超過(guò)100個(gè)處理器，甚至一個(gè)入門(mén)機(jī)型都可能包括不止40個(gè)單獨(dú)的設(shè)備。最新一個(gè)令人驚訝的例子，一條雙人電熱毯已經(jīng)發(fā)展到包含4個(gè)專用微處理器——在電熱毯的兩邊各有一套獨(dú)立控制，每套中一個(gè)工作、一個(gè)備用。隨著這種規(guī)模的應(yīng)用，容易想象得到“未來(lái)就是嵌入式的”。本章的內(nèi)容適用于各種計(jì)算機(jī)，無(wú)論是房間大小的還是螞蟻大小的。 3.2讓計(jì)算機(jī)為你服務(wù) 正如我們所看到的，在最基本的層面，計(jì)算機(jī)只是一個(gè)能夠傳輸數(shù)據(jù)和執(zhí)行邏輯操作的單元。所有更高級(jí)別的計(jì)算功能都是由這些基本數(shù)據(jù)傳輸和邏輯運(yùn)算構(gòu)成的一個(gè)序列或組合。計(jì)算機(jī)內(nèi)各種各樣的單元模塊用于執(zhí)行不同的任務(wù)，而這些是非常標(biāo)準(zhǔn)的組成模塊，被大多數(shù)計(jì)算機(jī)所采用。例如，一個(gè)算術(shù)邏輯單元（ ALU）執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算，而一個(gè)總線用來(lái)從一點(diǎn)到另一點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。顯然，需要一些方法來(lái)指導(dǎo)計(jì)算機(jī)執(zhí)行——決定在何時(shí)何處使用這些基本模塊傳輸數(shù)據(jù)，以及執(zhí)行哪一個(gè)邏輯操作。計(jì)算機(jī)（包括其內(nèi)部單元和總線）必須通過(guò)編程才能執(zhí)行人們希望它完成的工作。 作為第一步，需要將要完成的工作拆分為一系列可行的操作。這樣的一個(gè)序列稱為程序，并且每個(gè)操作是通過(guò)指令加操作數(shù)來(lái)發(fā)布命令。計(jì)算機(jī)中能夠支持的操作列表稱為指令集。 3.2.1 程序存儲(chǔ) 程序中的所有指令需要以一種可被計(jì)算機(jī)訪問(wèn)的方式儲(chǔ)存。最初的電子計(jì)算機(jī)是通過(guò)將導(dǎo)線插入不同的插孔來(lái)編程的。后來(lái)，使用手動(dòng)轉(zhuǎn)換，隨后又使用自動(dòng)的打孔式讀卡器，穿孔之后磁帶被發(fā)明出來(lái)，但是不管是哪種存儲(chǔ)格式，每一次上電之后的新編程都需要手工輸入。 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)將程序存儲(chǔ)在磁盤(pán)、ROM、EEPROM、閃存或類似的媒體上。程序總是在執(zhí)行前從存儲(chǔ)設(shè)備讀取到RAM中，這是出于性能的原因：RAM比大多數(shù)的大容量存儲(chǔ)設(shè)備速度更快。 在內(nèi)存中存儲(chǔ)的條目需要有一個(gè)能夠訪問(wèn)的位置。這個(gè)存儲(chǔ)的位置也需要被標(biāo)識(shí)，這樣才能進(jìn)行訪問(wèn)。早期的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者稱存儲(chǔ)的位置為地址，因?yàn)檫@讓CPU可以選擇和訪問(wèn)任何存放在獨(dú)立地址中的指定的信息或程序代碼。實(shí)現(xiàn)這件事最有效的方式就是由CPU通知存儲(chǔ)設(shè)備它要訪問(wèn)的地址，然后等待該地址的內(nèi)容，在一段時(shí)間后從設(shè)備接口讀取這個(gè)內(nèi)容值。 大家知道，CPU的編程用最低級(jí)的機(jī)器代碼指令完成，這些指令或者是定長(zhǎng)的（在大多數(shù)RISC機(jī)器中，如ARM、PIC或MIPS），或者是指令字長(zhǎng)度可變的（在一些CISC機(jī)器中，如Motorola 68000）。程序是按特定序列排列的指令簇，用來(lái)指示計(jì)算機(jī)執(zhí)行所要求的任務(wù)。 執(zhí)行這些指令序列完成正確的工作，可能需要訪問(wèn)一些需要處理的數(shù)據(jù)。歷史上曾經(jīng)主張將程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間分離，特別是因?yàn)檫@兩種類型的信息有不同的特點(diǎn)：程序通常是順序且只讀的，而數(shù)據(jù)可能需要讀／寫(xiě)雙向訪問(wèn)，而且對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)可能是按順序的也可能是隨機(jī)方式。

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