計算機組成原理與接口技術：基於MIPS架構(第2版)（簡體書）

華中科技大學電子信息與通信學院基於FPGA平臺的“微機原理與接口技術”課程教學改革已進行數載，作者在總結教學經驗基礎上，對《計算機組成原理與接口技術》進行了修訂，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。

本書同時配有豐富的教學資源，適合作為“計算機組成原理”“微機原理與接口技術”等課程的教材，並可作為從事計算機應用技術的工程技術人員的參考用書。

第1章 計算機基礎

1.1 計算機發展簡史

1.2 計算機系統構成

1.2.1 中央處理器CPU

1.2.2 總線

1.2.3 存儲器

1.2.4 輸入/輸出接口

1.2.5 輸入/輸出設備

1.3 計算機工作原理

1.4 計算機系統結構模型

1.5 計算機系統中的信息表示

1.5.1 不同數制及其相互轉換

1.5.2 整數在計算機中的表示

1.5.3 小數在計算機中的表示

1.5.4 字符在計算機中的表示

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

1.7 計算機系統中數據的存儲

1.7.1 存儲字節序

1.7.2 C語言數據

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思考與練習

第2章 匯編語言

2.1 計算機語言

2.2 計算機指令架構

2.3 MIPS彙編指令一般格式

2.4 MIPS指令操作數

2.4.1 寄存器操作數

2.4.2 存儲器操作數

2.4.3 立即數

2.5 MIPS指令編碼

2.5.1 R型指令

2.5.2 I型指令

2.5.3 J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 位運算指令

2.6.4 程序控制類指令

2.7 子程序原理

2.7.1 子程序相關指令

2.7.2 棧

2.7.3 子程序嵌套調用

2.7.4 程序的存儲映像

2.8 字符數據處理

2.9 尋址原理

2.9.1 操作數尋址

2.9.2 指令尋址

2.10 編譯、彙編、鏈接、裝載過程

2.10.1 編譯

2.10.2 彙編

2.10.3 鏈接

2.10.4 裝載

2.11 匯編程序設計

2.11.1 偽指令

2.11.2 宏指令

2.11.3 系統功能調用

2.11.4 匯編程序設計舉例

2.12 Intel x86微處理器指令集簡介

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思考與練習

第3章 微處理器

3.1 微處理器基本結構

3.2 單週期簡單指令集MIPS微處理器設計

3.2.1 簡單指令集MIPS微處理器數據通路

3.2.2 簡單指令集MIPS微處理器控制器

3.2.3 簡單指令集MIPS微處理器典型指令執行過程

3.3 微處理器新技術

3.3.1 流水線技術

3.3.2 超標量技術

3.3.3 多核處理器

3.4 微處理器異常處理機制

3.4.1 異常事件識別

3.4.2 斷點保存和返回

3.4.3 異常處理程序進入方式

3.5 微處理器外部接口

3.5.1 Intel x86微處理器外部接口示例

3.5.2 嵌入式微處理器外部接口示例

3.6 MicroBlaze微處理器簡介

3.6.1 指令架構

3.6.2 寄存器

3.6.3 外部接口

3.6.4 最小系統

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思考與練習

第4章 存儲系統

4.1 分級存儲系統

4.2 高速緩存

4.2.1 映射策略

4.2.2 讀策略

4.2.3 寫策略

4.2.4 替換策略

4.3 虛擬存儲器

4.3.1 內存分段管理

4.3.2 內存分頁管理

4.3.3 內存段頁式管理

4.3.4 分頁虛擬存儲器管理

4.4 存儲系統分級協同

4.5 實例

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思考與練習

第5章 總線技術

5.1 計算機總線結構

5.1.1 單總線結構

5.1.2 雙總線結構

5.1.3 多總線結構

5.2 總線技術基礎

5.2.1 分類

5.2.2 性能指標

5.2.3 總線通信流程

5.2.4 仲裁策略

5.2.5 信息傳輸與錯誤檢測

5.2.6 定時方式

5.2.7 操作類型

5.3 AXI片內總線

5.3.1 AXI總線結構

5.3.2 AXI總線信號

5.3.3 AXI總線操作時序

5.4 PCI局部總線

5.4.1 PCI總線信號

5.4.2 PCI總線時序

5.5 常見外部總線簡介

5.5.1 SATA總線

5.5.2 USB通用串行總線

5.5.3 UART通用異步串行通信總線

5.5.4 SPI串行外設總線

5.5.5 I2C總線

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思考與練習

第6章 半導體存儲器接口

6.1 半導體存儲芯片分類

6.2 典型存儲芯片

6.2.1 異步SRAM存儲芯片

6.2.2 NOR Flash存儲芯片

6.2.3 NAND Flash存儲芯片

6.2.4 同步SSRAM存儲芯片

6.2.5 SDRAM存儲芯片

6.2.6 DDR2 SDRAM存儲芯片

6.3 存儲器接口設計

6.3.1 存儲容量擴展

6.3.2 存儲空間映射

6.3.3 存儲器組織結構

6.3.4 多類型數據訪問存儲器接口

6.4 存儲控制器

6.4.1 AXI EMC存儲控制器

6.4.2 DRAM存儲控制器

6.5 內存條簡介

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思考與練習

第7章 I/O接口

7.1 接口基本概念

7.1.1 接口功能

7.1.2 接口構成

7.1.3 I/O接口數據傳送方式

7.1.4 接口電路數據傳送控制方式

7.2 I/O尋址

7.2.1 獨立I/O尋址

7.2.2 存儲器映像I/O尋址

7.3 端口讀寫指令及函數

7.3.1 端口讀寫彙編指令

7.3.2 Standalone BSP C語言端口讀寫函數

7.4 I/O接口總線控制邏輯

7.4.1 地址總線

7.4.2 數據總線

7.4.3 控制總線

7.5 常用數字並行I/O設備接口

7.5.1 獨立開關接口

7.5.2 獨立發光二極管接口

7.5.3 矩陣鍵盤接口

7.5.4 七段數碼管接口

7.5.5 LED點陣接口

7.6 模擬設備並行I/O接口

7.6.1 ADC1210簡介

7.6.2 ADC1210接口

7.7 通用並行I/O接口

7.7.1 GPIO IP核

7.7.2 Standalone BSP GPIO宏定義

7.7.3 GPIO應用示例

7.8 外設控制器

7.8.1 AXI總線EPC

7.8.2 EPC應用示例

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思考與練習

第8章 中斷技術

8.1 中斷控制器構成

8.1.1 中斷請求信號保持與清除

8.1.2 中斷源識別

8.1.3 中斷優先級

8.1.4 中斷控制

8.2 中斷控制器AXIINTC

8.2.1 基本結構

8.2.2 中斷處理流程

8.2.3 中斷信號時序

8.2.4 應用電路

8.2.5 編程控制

8.3 微處理器中斷響應過程

8.3.1 微處理器中斷響應一般過程

8.3.2 MicroBlaze中斷響應過程

8.3.3 中斷控制程序

8.4 中斷控制相關C語言程序設計基礎

8.4.1 mbgcc編譯器中斷服務程序定義

8.4.2 Standalone BSP MicroBlaze中斷相關API函數

8.4.3 Standalone BSP INTC相關宏定義

8.4.4 AXI INTC普通中斷模式中斷控制程序設計

8.4.5 AXI INTC快速中斷模式中斷控制程序設計

8.5 中斷應用示例

8.5.1 GPIO中斷

8.5.2 定時器中斷

8.5.3 SPI總線接口中斷

8.5.4 多中斷源應用示例

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思考與練習題

第9章 DMA技術

9.1 DMA傳輸基本原理

9.1.1 DMA傳輸系統

9.1.2 DMA傳輸方向

9.1.3 DMA傳輸模式

9.1.4 DMA傳輸流程

9.1.5 DMA響應條件

9.2 DMA控制器

9.2.1 AXI CDMA結構

9.2.2 AXI CDMA控制流程

9.2.3 Standalone BSP CDMA宏定義

9.3 CDMA應用示例

9.3.1 UARTLite IP核簡介

9.3.2 簡單DMA傳輸

9.3.3 分散/聚集DMA傳輸

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思考與練習題

第10章 人機接口

10.1 圖形顯示輸出設備

10.1.1 液晶顯示器

10.1.2 液晶顯示屏接口

10.1.3 液晶顯示器接口標準

10.1.4 顯示設備標準

10.2 VGA接口控制器

10.2.1 VGA時序

10.2.2 VGA控制器

10.2.3 VGA控制器設計

10.2.4 AXI TFT控制器

10.2.5 顯示應用示例

10.3 鍵盤及鼠標輸入設備

10.3.1 鍵盤

10.3.2 鼠標

10.4 PS/2協議

10.4.1 PS/2設備到計算機的通信

10.4.2 計算機到PS/2設備的通信

10.4.3 PS/2控制器

10.4.4 鍵盤控制程序示例

10.4.5 鼠標控制程序示例

本章小結

思考與練習

附錄 常用MIPS整數指令編碼

參考文獻