计算机组成原理与接口技术：基于MIPS架构PDF电子书下载

第1章 计算机系统基础 1

1.1 计算机发展简史 1

1.2 计算机系统构成 3

1.3 计算机工作原理 6

1.4 计算机结构模型 7

1.5 计算机中的信息表示 8

1.5.1 数制及其互换 8

1.5.2 整数的表示 10

1.5.3 小数的表示 10

1.5.4 数的存储 13

1.5.5 字符的表示 14

1.6 计算机运算基础 15

1.6.1 无符号数运算 15

1.6.2 符号数运算 16

1.6.3 浮点数运算 17

1.7 C语言数据类型的含义 19

思考与练习 20

第2章 汇编语言 23

2.1 计算机语言 23

2.2 计算机指令 24

2.3 汇编指令概述 25

2.4 操作数类型 27

2.4.1 寄存器操作数 27

2.4.2 存储器操作数 28

2.4.3 立即数 29

2.5 MIPS指令编码 30

2.5.1 R型指令 30

2.5.2 I型指令 30

2.5.3 J型指令 32

2.6 常用MIPS汇编指令 32

2.6.1 数据传送指令 33

2.6.2 算术运算指令 37

2.6.3 逻辑运算指令 38

2.6.4 程序控制类指令 40

2.7 子程序实现原理 44

2.7.1 子程序相关指令 45

2.7.2 栈 45

2.7.3 子程序的嵌套调用 47

2.7.4 程序的内存映像 48

2.8 字符数据处理 51

2.9 寻址原理 52

2.9.1 操作数寻址 52

2.9.2 指令寻址 54

2.10 编译、汇编、链接、装载过程 57

2.10.1 编译 58

2.10.2 汇编 58

2.10.3 链接 59

2.10.4 装载 60

2.11 汇编程序设计 61

2.11.1 伪指令 61

2.11.2 宏指令 63

2.11.3 系统功能调用 64

2.11.4 汇编程序设计举例 66

2.12 Intel X86微处理器指令集简介 73

思考与练习 75

第3章 微处理器 79

3.1 微处理器基本构成 79

3.2 简单MIPS指令集微处理器基本构成 80

3.3 数据通路实现原理 82

3.3.1 指令获取部件 82

3.3.2 R型指令实现部件 83

3.3.3 存储器数据存取部件 83

3.3.4 条件跳转控制 84

3.3.5 无条件伪直接寻址部件 85

3.3.6 完整的数据通路构成 85

3.4 控制器实现原理 86

3.4.1 ALU控制 86

3.4.2 主控制器 87

3.4.3 不同指令的执行过程描述 90

3.5 微处理器设计新技术 92

3.5.1 流水线技术 92

3.5.2 超标量技术 94

3.6 微处理器异常处理原理 94

3.6.1 异常事件识别 94

3.6.2 断点保存和返回 95

3.6.3 异常处理程序进入方式 95

3.7 微处理器外部接口 97

3.8 MicroBlaze微处理器简介 99

思考与练习 101

第4章 存储系统 102

4.1 计算机存储系统构成 102

4.2 内部存储器 103

4.2.1 存储器分块组织 103

4.2.2 内存条 106

4.2.3 内存访问边界对齐 107

4.3 内存管理 109

4.3.1 分段管理 110

4.3.2 分页管理 113

4.3.3 段页式管理 115

4.4 高速缓存原理 115

4.4.1 Cache构成原理 117

4.4.2 Cache读策略 121

4.4.3 Cache写策略 123

4.4.4 Cache替换策略 124

4.5 虚拟存储器原理简介 129

思考与练习 132

第5章 总线技术 133

5.1 计算机总线结构 133

5.1.1 单总线结构 133

5.1.2 双总线结构 133

5.1.3 多总线结构 134

5.2 总线技术基础 135

5.2.1 总线分类 135

5.2.2 总线指标 138

5.2.3 总线仲裁 138

5.2.4 总线信息传输与错误检测 140

5.2.5 总线时序 140

5.2.6 总线操作 142

5.3 AXI片内总线 143

5.3.1 AXI总线结构 143

5.3.2 AXI总线信号 144

5.3.3 AXI总线操作时序 146

5.4 PCI局部总线简介 148

5.4.1 PCI总线信号 149

5.4.2 PCI总线时序 152

5.5 常见外部总线 154

5.5.1 IDE总线 154

5.5.2 SATA总线 156

5.5.3 SCSI总线 157

5.5.4 RS-232总线 158

5.5.5 USB总线 160

5.5.6 SPI总线 163

5.5.7 I2C总线 164

思考与练习 165

第6章 接口技术 166

6.1 接口的基本概念 166

6.1.1 接口功能 166

6.1.2 接口构成 167

6.1.3 接口与外设间的数据传送方式 168

6.1.4 接口控制方式 169

6.2 I/O接口寻址方式 170

6.2.1 I/O接口结构 170

6.2.2 标准I/O寻址方式 171

6.2.3 存储器映像I/O寻址方式 172

6.3 接口译码原理 172

6.3.1 直接译码 173

6.3.2 间接译码 175

6.4 接口译码电路 178

6.4.1 逻辑门电路 178

6.4.2 专用译码芯片 178

6.4.3 可编程逻辑器件 180

6.4.4 分级译码 180

6.5 接口总线连接原则 181

6.5.1 地址总线连接原则 181

6.5.2 数据总线连接原则 182

6.5.3 控制总线连接原则 183

6.5.4 不同位宽接口兼容 183

6.6 存储器接口设计 184

6.6.1 半导体存储芯片简介 184

6.6.2 典型存储芯片接口 185

6.6.3 简单存储器接口 190

6.6.4 存储控制器 192

6.7 并行I/O接口设计 195

6.7.1 独立开关输入接口 195

6.7.2 发光二极管输出接口 196

6.7.3 矩阵式键盘接口 198

6.7.4 七段数码管动态显示接口 200

6.7.5 A/D转换器ADC1210接口 202

6.7.6 GPIO控制器 206

6.7.7 外设控制器 210

思考与练习 221

第7章 中断技术 223

7.1 中断控制器构成 224

7.1.1 中断请求信号保持与清除 224

7.1.2 中断源识别 224

7.1.3 中断允许控制 226

7.1.4 中断优先级 228

7.2 中断控制器举例——AXI INTC 230

7.2.1 主要特征 230

7.2.2 基本构成 230

7.2.3 中断处理过程 233

7.2.4 中断信号时序 233

7.2.5 编程控制 234

7.3 微处理器响应中断的一般过程 234

7.4 典型微处理器中断系统 236

7.4.1 Intel 80X86中断系统 236

7.4.2 MicroBlaze中断系统 239

7.5 中断方式接口设计 241

7.5.1 中断程序构成 241

7.5.2 standalone操作系统中断相关系统调用 242

7.5.3 定时器中断程序设计实例 245

7.5.4 SPI总线接口中断程序设计实例 253

思考与练习 263

第8章 DMA技术及通道 265

8.1 DMA传送基本原理 265

8.1.1 DMA传输计算机系统构成 265

8.1.2 DMA传输步骤 266

8.1.3 DMA传输方向 267

8.1.4 DMA传输模式 268

8.2 DMA传送基本流程 268

8.3 DMA控制器 269

8.3.1 可编程DMA控制器8237A 270

8.3.2 Xilinx XPS DMA控制器 278

8.4 通道 284

8.4.1 通道类型 284

8.4.2 通道的功能 286

8.4.3 通道工作过程 287

思考与练习 288

第9章 人机接口 289

9.1 显示器工作原理 289

9.1.1 CRT显示器显示原理 289

9.1.2 LCD显示器显示原理 290

9.1.3 显示器成像原理 290

9.1.4 VGA接口标准 292

9.2 简单VGA显示控制器设计 294

9.2.1 VGA控制器原理 294

9.2.2 VGA控制器设计实例 295

9.3 Xilinx XPS TFT显示控制器 298

9.3.1 基本结构 298

9.3.2 图像显示数据流 300

9.3.3 编程控制 300

9.3.4 PLB总线读／写时序 301

9.3.5 应用实例 303

9.4 VGA图像及字符显示编程控制 304

9.4.1 图形及图像显示控制 304

9.4.2 字符显示控制 309

9.5 键盘工作原理 316

9.5.1 键盘扫描码 316

9.5.2 键盘复位 317

9.5.3 命令集 317

9.5.4 主机与键盘之间的初始化通信过程实例 319

9.6 鼠标工作原理 319

9.6.1 输入分辨率和缩放比例 320

9.6.2 位移数据包 321

9.6.3 操作模式 321

9.6.4 命令集 322

9.6.5 主机与鼠标之间的初始化通信过程实例 323

9.7 PS/2通信接口 325

9.7.1 PS/2通信协议 325

9.7.2 PS/2设备到主机的通信 325

9.7.3 主机到PS/2设备的通信 326

9.7.4 Xilinx XPS PS/2 IP核 328

9.8 PS/2接口键盘、鼠标接口程序设计 330

9.8.1 PS/2接口键盘接口程序设计 330

9.8.2 鼠标接口程序设计 335

思考与练习 337

附录 MIPS整数指令编码表 339

参考文献 341