计算机系统嵌入式方法＝COMPUTER SYSTEMS AN EMBEDDED APPROACHPDF电子书下载

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第1章 引言 1

1.1 计算机的进化 1

1.2 进化过程 1

1.3 计算机发展阶段划分 4

1.3.1 第一代计算机 4

1.3.2 第二代计算机 5

1.3.3 第三代计算机 5

1.3.4 第四代计算机 6

1.3.5 第五代计算机 7

1.4 云、普适、网格和超并行计算机 7

1.5 未来 8

1.6 小结 10

第2章 基础知识 11

2.1 计算机组成 11

2.1.1 Flynn分类法 11

2.1.2 连接方式 12

2.1.3 计算机结构层次视图 13

2.2 计算机基本原理 13

2.3 数字格式 16

2.3.1 无符号二进制 16

2.3.2 原码 17

2.3.3 反码 17

2.3.4 补码 17

2.3.5 移码 18

2.3.6 BCD码 19

2.3.7 定点数表示法 19

2.3.8 符号扩展 20

2.4 算术运算 20

2.4.1 加法 20

2.4.2 并行进位传递加法器 20

2.4.3 超前进位 22

2.4.4 减法 22

2.5 乘法 24

2.5.1 加法迭代法 24

2.5.2 部分积方法 25

2.5.3 移位加方法 27

2.5.4 Booth和Robertson方法 27

2.6 除法 29

2.7 定点数格式的运算 30

2.7.1 定点数的运算 31

2.7.2 定点数的乘除 32

2.8 浮点数 32

2.8.1 广义浮点数 33

2.8.2 IEEE754浮点标准 33

2.8.3 IEEE754标准模式 34

2.8.4 IEEE754数的范围 36

2.9 浮点数处理 38

2.9.1 IEEE754数的加减运算 39

2.9.2 IEEE754数的乘除运算 41

2.9.3 IEEE754中间格式 41

2.9.4 舍入 42

2.10 小结 42

思考题 43

第3章 CPU基础 45

3.1 什么是计算机 45

3.2 让计算机为你服务 45

3.2.1 程序存储 46

3.2.2 存储架构 46

3.2.3 程序传输 47

3.2.4 控制单元 48

3.2.5 微指令 52

3.2.6 RISC和CISC的对比 53

3.2.7 处理器实例——ARM 55

3.2.8 关于ARM的更多内容 56

3.3 指令处理 56

3.3.1 指令集 57

3.3.2 取指和译码 59

3.3.3 压缩指令集 63

3.3.4 寻址模式 65

3.3.5 堆栈机和逆波兰表示法 67

3.4 数据处理 68

3.4.1 数据的格式和表达 68

3.4.2 数据流 71

3.4.3 数据存储 72

3.4.4 内部数据 72

3.4.5 数据处理 73

3.5 自顶向下方法 75

3.5.1 计算机的能力 75

3.5.2 性能衡量和统计 76

3.5.3 性能评估 78

3.6 小结 79

思考题 80

第4章 处理器内部组成 82

4.1 内部总线结构 82

4.1.1 程序员的角度 82

4.1.2 分解互联排列 83

4.1.3 ADSP21xx总线排列 84

4.1.4 数据与程序同时访存 84

4.1.5 双总线体系结构 86

4.1.6 单总线体系结构 87

4.2 算术逻辑单元 88

4.2.1 ALU功能 88

4.2.2 ALU设计 89

4.3 内存管理单元 91

4.3.1 对虚拟存储的需求 91

4.3.2 MMU操作 91

4.3.3 退回算法 93

4.3.4 内部存储碎片和片段 93

4.3.5 外部碎片 94

4.3.6 改进的MMU 95

4.3.7 内存保护 96

4.4 cache 97

4.4.1 直接相联cache 98

4.4.2 组相联cache 99

4.4.3 全相联cache 100

4.4.4 局部性原则 100

4.4.5 cache替换算法 102

4.4.6 cache性能 104

4.4.7 cache一致性 105

4.5 协处理器 107

4.6 浮点运算单元 107

4.7 SIMD流指令扩展和多媒体扩展 109

4.7.1 MMX 109

4.7.2 MMX实现 110

4.7.3 MMX的使用 111

4.7.4 SIMD流指令扩展 111

4.7.5 使用SSE和MMX 111

4.8 嵌入式系统中的协处理 112

4.9 小结 112

思考题 113

第5章 提高CPU性能 116

5.1 加速 116

5.2 流水线 117

5.2.1 多功能流水线 118

5.2.2 动态流水线 119

5.2.3 改变流水线模式 119

5.2.4 数据相关冒险 121

5.2.5 条件冒险 122

5.2.6 条件分支 123

5.2.7 编译时流水线补偿 125

5.2.8 相对地址分支 126

5.2.9 流水线的指令集补偿 127

5.2.10 运行时流水线补偿 128

5.3 复杂指令集和精简指令集 130

5.4 超标量体系结构 130

5.4.1 简单超标量 130

5.4.2 多发送超标量 132

5.4.3 超标量的性能 133

5.5 每周期的指令数 133

5.5.1 不同体系结构的IPC 133

5.5.2 IPC度量 134

5.6 硬件加速器 135

5.6.1 零开销循环 135

5.6.2 地址处理硬件 137

5.6.3 影子寄存器 140

5.7 分支预测 140

5.7.1 分支预测的必要性 141

5.7.2 单T位预测器 142

5.7.3 双位预测器 143

5.7.4 计数器和移位器预测器 145

5.7.5 局部分支预测器 145

5.7.6 全局分支预测器 148

5.7.7 G选择预测器 149

5.7.8 G共享预测器 150

5.7.9 混合预测器 151

5.7.10 分支目标缓冲 152

5.7.11 基本代码段 153

5.7.12 分支预测总结 154

5.8 并行机器 155

5.8.1 SISD向MIMD的演变 157

5.8.2 为提高性能而采用并行 159

5.8.3 其他并行处理 160

5.9 Tomasulo算法 163

5.9.1 Tomasulo算法的原理 163

5.9.2 Tomasulo系统的例子 164

5.9.3 嵌入式系统中的Tomasulo算法 167

5.10 超长指令架构集 168

5.10.1 什么是VLIW 168

5.10.2 VLIW的优势 169

5.10.3 VLIW的瓶颈 170

5.10.4 与超标量处理器的比较 170

5.11 小结 171

思考题 171

第6章 外部总线 174

6.1 总线接口 174

6.1.1 总线控制信号 175

6.1.2 直接存储器存取 175

6.2 并行总线规范 176

6.3 标准接口 177

6.3.1 系统控制接口 177

6.3.2 系统数据总线 178

6.3.3 输入／输出总线 182

6.3.4 外设器件总线 182

6.3.5 与网络设备的接口 183

6.4 实时性问题 183

6.4.1 外部激励 184

6.4.2 中断 184

6.4.3 实时性定义 184

6.4.4 时间范围参数 185

6.4.5 硬件体系结构对实时操作系统的支持 186

6.5 中断和中断处理 187

6.5.1 中断的重要性 187

6.5.2 中断过程 187

6.5.3 高级中断处理 191

6.5.4 共享中断 191

6.5.5 可重入代码 192

6.5.6 软件中断 192

6.6 嵌入式无线连接 192

6.6.1 无线技术 192

6.6.2 无线接口 194

6.6.3 无线相关问题 194

6.7 小结 194

思考题 195

第7章 实用嵌入式CPU 198

7.1 概述 198

7.2 微处理器不只是核 198

7.3 功能需求 200

7.4 时钟 203

7.5 时钟与功耗 205

7.5.1 传输延迟 206

7.5.2 电流相关问题 206

7.5.3 时钟问题解决方法 207

7.5.4 低电压设计 207

7.6 存储 208

7.6.1 早期的计算机存储 208

7.6.2 只读存储器 209

7.6.3 随机存取存储器 213

7.7 分页与重叠 220

7.8 嵌入式系统中的存储 221

7.8.1 非易失存储器 222

7.8.2 其他存储器 224

7.9 测试和验证 225

7.9.1 集成电路设计和制造问题 225

7.9.2 BIST 226

7.9.3 JTAG 228

7.10 错误检测和纠正 230

7.11 看门狗定时器和复位监测 233

7.12 逆向工程 235

7.12.1 逆向工程过程 236

7.12.2 详细的物理布局 239

7.13 防止逆向工程 242

7.13.1 存储程序的被动模糊 243

7.13.2 可编程逻辑家族 244

7.13.3 主动RE防范 244

7.13.4 主动RE防范分类 245

7.14 软核处理器 246

7.14.1 微处理器不仅仅是核心 246

7.14.2 软核处理器的优点 246

7.15 硬件软件协同设计 248

7.16 商业处理器内核 251

7.17 小结 252

思考题 252

第8章 编程 254

8.1 运行一个程序 254

8.1.1 执行的含义 255

8.1.2 注意事项 257

8.2 编写程序 258

8.2.1 编译型语言 258

8.2.2 解释型语言 261

8.3 UNIX编程模型 263

8.3.1 shell 263

8.3.2 重定向和数据流 264

8.3.3 实用软件 266

8.4 小结 266

思考题 266

第9章 操作系统 268

9.1 操作系统的含义 268

9.2 为什么需要操作系统 268

9.2.1 操作系统的特征 269

9.2.2 操作系统的类型 270

9.3 操作系统的作用 271

9.3.1 资源管理 271

9.3.2 虚拟机 271

9.3.3 CPU时间 272

9.3.4 内存管理 273

9.3.5 存储和归档 274

9.3.6 保护和错误处理 274

9.4 操作系统的结构 275

9.4.1 分层操作系统 276

9.4.2 客户端-服务器操作系统 277

9.5 启动 277

9.5.1 从并行闪存启动 278

9.5.2 从HDD/SSD启动 279

9.5.3 启动之后 280

9.6 进程 281

9.7 调度 283

9.8 存储与文件系统 286

9.8.1 二级存储 286

9.8.2 文件系统的作用 289

9.8.3 什么是文件系统 291

9.8.4 备份 297

9.9 小结 298

思考题 298

第10章 连接性 300

10.1 连接的原因与方法 300

10.1.1 一对一通信 300

10.1.2 一对多通信 301

10.1.3 包交换 302

10.1.4 简单通信拓扑 303

10.2 系统要求 304

10.2.1 分组化 304

10.2.2 编码与解码 305

10.2.3 传输 305

10.2.4 接收 305

10.2.5 错误控制 306

10.2.6 连接管理 309

10.3 可扩展性、效率与重复利用 310

10.4 OSI分层 311

10.5 拓扑与架构 311

10.5.1 分层网络 312

10.5.2 主从架构 312

10.5.3 对等架构 313

10.5.4 点对点连接 313

10.5.5 移动性与切换 313

10.6 小结 314

思考题 314

第11章 网络系统 316

11.1 因特网 316

11.1.1 因特网的历史 317

11.1.2 因特网治理 317

11.2 TCP/IP和IP层模型 318

11.3 以太网概述 321

11.3.1 以太网数据格式 322

11.3.2 以太网封装 323

11.3.3 以太网载波侦听 324

11.4 网络层 325

11.4.1 IP地址 325

11.4.2 网络数据包格式 326

11.4.3 路由 327

11.4.4 单播与多播 327

11.4.5 任播 328

11.4.6 命名 328

11.4.7 域名服务器 329

11.5 传输层 331

11.5.1 端口号 331

11.5.2 UDP 332

11.5.3 TCP 332

11.5.4 UDP与TCP对比 333

11.6 其他信息 333

11.6.1 地址解析协议 333

11.6.2 控制信息 334

11.7 无线连通性 334

11.7.1 WiFi 334

11.7.2 WiMax 335

11.7.3 蓝牙 335

11.7.4 ZigBee 336

11.7.5 近场通信 336

11.8 网络量表 336

11.9 小结 337

思考题 337

第12章 未来 338

12.1 单比特结构 338

12.1.1 比特-串行加法 339

12.1.2 比特-串行减法 340

12.1.3 比特-串行逻辑和处理 340

12.2 多并行机器 341

12.2.1 小型CPU集群 341

12.2.2 并行和集群处理注意事项 345

12.2.3 互连策略 345

12.3 异步处理器 347

12.3.1 数据流控制 348

12.3.2 避免管道冒险 349

12.4 替代数字格式系统 349

12.4.1 多值逻辑 350

12.4.2 有符号数字表示 350

12.5 光学计算 353

12.5.1 电-光全加器 353

12.5.2 电-光底板 354

12.6 是科幻小说还是未来的现实 355

12.6.1 分布式计算 356

12.6.2 湿件 356

12.7 小结 357

附录A 标准内存大小表示方法 358

附录B 标准逻辑门 360

索引 361

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