《微處理器原理及其系統(tǒng)設(shè)計》是為高等院校各專業(yè)的“微機原理與接口技術(shù)”、“微機原理與系統(tǒng)設(shè)計”、“微機原理與應(yīng)用”等課程專門編寫的教材。與國內(nèi)同類教材不同，本教材以在FPGA中自行設(shè)計的微處理器（稱為模型機）為核心，討論了基于微處理器的匯編語言編程、硬件系統(tǒng)構(gòu)成及其接口電路設(shè)計問題。
《微處理器原理及其系統(tǒng)設(shè)計》簡要介紹了計算機中的數(shù)制和碼制、補碼的運算規(guī)則、CPU及其內(nèi)部寄存器的組成。詳細(xì)討論了模型機的指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)移地址的尋址方式，在此基礎(chǔ)上重點論述了匯編語言的程序設(shè)計技術(shù)，給出了適用于模型機匯編語言程序調(diào)試的虛擬環(huán)境。
在硬件設(shè)計部分，重點探討了模型機系統(tǒng)總線的形成、存儲器系統(tǒng)設(shè)計、常用接口芯片的應(yīng)用、可編程并行接口和可編程定時器電路的設(shè)計以及中斷接口電路的編程控制。簡要介紹了VHDL及FPGA的基本設(shè)計方法，討論了模型機關(guān)鍵部件的FPGA實現(xiàn)問題，最后通過一個簡潔示例，說明如何在FPGA中設(shè)計并實現(xiàn)微處理器。
《微處理器原理及其系統(tǒng)設(shè)計》可作為高等院校相關(guān)課程的教材，也可以為工程技術(shù)人員提供參考。
第一章 緒論
1.1 微處理器的發(fā)展歷程
1.2 數(shù)制表示及其轉(zhuǎn)換
1.2.1 數(shù)制的表示
1.2.2 數(shù)制的轉(zhuǎn)換
1.3 二進(jìn)制數(shù)的運算規(guī)則
1.3.1 二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運算
1.3.2 二進(jìn)制數(shù)的邏輯運算
1.4 有符號數(shù)的表示
1.4.1 原碼表示法
1.4.2 補碼表示法
1.5 有符號數(shù)的運算及其溢出規(guī)則
1.5.1 補碼運算規(guī)則
1.5.2 有符號數(shù)運算時的溢出問題
1.6 ASCII編碼方法
第一章 緒論
1.1 微處理器的發(fā)展歷程
1.2 數(shù)制表示及其轉(zhuǎn)換
1.2.1 數(shù)制的表示
1.2.2 數(shù)制的轉(zhuǎn)換
1.3 二進(jìn)制數(shù)的運算規(guī)則
1.3.1 二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運算
1.3.2 二進(jìn)制數(shù)的邏輯運算
1.4 有符號數(shù)的表示
1.4.1 原碼表示法
1.4.2 補碼表示法
1.5 有符號數(shù)的運算及其溢出規(guī)則
1.5.1 補碼運算規(guī)則
1.5.2 有符號數(shù)運算時的溢出問題
1.6 ASCII編碼方法
1.7 小結(jié)
本章習(xí)題
第二章 微處理器結(jié)構(gòu)及工作原理
2.1 微處理器系統(tǒng)組成
2.2 微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
2.3 模型機主要部件電路結(jié)構(gòu)
2.4 微處理器的寄存器組織
2.4.1 通用寄存器
2.4.2 控制寄存器
2.5 小結(jié)
本章習(xí)題
第三章 模型機的指令系統(tǒng)及程序設(shè)計
3.1 匯編語言基礎(chǔ)
3.1.1 匯編語言中語句的組成
3.1.2 匯編語言中的常數(shù)與表達(dá)式
3.1.3 標(biāo)號、變量及偽指令
3.2 模型機的指令系統(tǒng)
3.3 模型機的尋址方式
3.3.1 數(shù)據(jù)的尋址方式
3.3.2 轉(zhuǎn)移地址的尋址方式
3.4 數(shù)據(jù)傳送類指令
3.4.1 通用傳送類指令
3.4.2 數(shù)據(jù)交換指令
3.4.3 字節(jié)轉(zhuǎn)換指令
3.4.4 堆棧操作指令
3.5 算術(shù)運算類指令
3.5.1 加減法指令
3.5.2 比較指令
3.5.3 增量減量指令
3.5.4 乘法和除法指令
3.6 邏輯運算類指令
3.7 移位類指令
3.8 標(biāo)志位操作指令
3.9 轉(zhuǎn)移指令
3.9.1 無條件轉(zhuǎn)移指令
3.9.2 有條件轉(zhuǎn)移指令
3.10 循環(huán)控制指令
3.11 程序調(diào)用與返回指令
3.11.1 子程序調(diào)用指令
3.11.2 子程序返回指令
3.11.3 過程定義
3.12中斷調(diào)用與返回指令
3.12.1 中斷調(diào)用指令
3.12.2 中斷返回指令
3.12.3 中斷向量表
3.12.4 中斷服務(wù)子程序結(jié)構(gòu)
3.13 輸入輸出指令
3.14 其他指令
3.15 匯編語言程序設(shè)計
3.15.1 偽指令
3.15.2 模型機虛擬編譯調(diào)試系統(tǒng)
3.15.3 模型機虛擬系統(tǒng)命令
3.15.4 分支程序設(shè)計
3.15 循環(huán)程序設(shè)計
3.15.6 子程序設(shè)計
3.16 綜合程序設(shè)計示例
3.17 小結(jié)
本章習(xí)題
……
第四章 系統(tǒng)總線與存儲器系統(tǒng)
第五章 外總線與接口技術(shù)
第六章 微處理器系統(tǒng)的FPGA設(shè)計與實現(xiàn)
第七章 基于FPGA的最簡微處理器結(jié)構(gòu)與設(shè)計
四、第四代微處理器
1983年-1992年是32位微處理器時代，典型代表產(chǎn)品有280000（1983年）、MC6802（1984年）、Intel 80386（1985年）、Intel 80486（1989年）和MC68040（1989年）。Intel 80386CPU集成度為27.5萬個晶體管／硅片，時鐘頻率為33MHz，物理存儲器尋址空間為4GB、虛擬存儲空間為64TB，具有實模式、保護(hù)模式和虛擬8086三種工作模式。
1989年Intel公司又推出功能更強大的微處理器Intel 80486，在80386的基礎(chǔ)上，80486增加了數(shù)字協(xié)處理器（Intel 80387）和16KB的高速緩沖存儲器（Cache）。并首次在Intel系列CPU中將RISC（精簡指令）技術(shù)和CISC（復(fù)雜指令）技術(shù)融為一體，采用突發(fā)總線技術(shù)和時鐘倍頻技術(shù)（即CPU內(nèi)部許多單元部件按輸入時鐘的倍頻工作），使80486 DX4內(nèi)部時鐘頻率為100MHz，是外部時鐘頻率的3倍，同樣在功能上百分之百地兼容早期的Intel微處理器。以這些高性能32位微處理器為CPU構(gòu)成的微機的性能指標(biāo)已達(dá)到或超過當(dāng)時的高檔小型機甚至大型機的水平，被稱為高檔或超級微機。
五、第五代微處理器
1993年，Intel公司推出了第五代微處理器Pentium（中文譯名為奔騰）。Pentium微處理器的推出使微處理器的技術(shù)發(fā)展到了一個嶄新的階段，標(biāo)志著微處理器完成從CISC向RISC時代的過渡，也標(biāo)志著微處理器向工作站和超級小型機沖擊的開始。
亞微米CMOS工藝，它具有64位的數(shù)據(jù)總線和32位的地址總線，CPU內(nèi)部采用超標(biāo)量流水線設(shè)計，Pentium芯片內(nèi)采用雙Cache結(jié)構(gòu)（指令Cache和數(shù)據(jù)Cache），每個Cache容量為8KB，數(shù)據(jù)寬度為32位，數(shù)據(jù)Cache采用回寫技術(shù)，大大節(jié)省了處理時間。Pentium處理器為了提高浮點運算速度，采用8級流水線和部分指令固化技術(shù)，芯片內(nèi)設(shè)置分支目標(biāo)緩沖器（BTB），可動態(tài)預(yù)測分支程序的指令流向，節(jié)省了CPU判別分支的時間，大大提高了處理速度。Penti-um系列處理器有多種工作頻率，工作在60MHz和66MHz時，其速度可達(dá)每秒1億條指令。同期推出的第五代微處理器還有IBM、Apple和Motorola這3家公司聯(lián)盟的PowerPC（這是一種完全的RISC微處理器），以及AMD公司的K5和Cyrix公司的M1等。
六、第六代微處理器
1996年Intel公司將其第六代微處理器正式命名為Pentium Pro（奔騰）。該處理器的集成電路采用了0.35的工藝，時鐘頻率為200MHz，在處理方面，Pentium Pro引入了新的指令執(zhí)行方式，其內(nèi)部核心是PISC處理器，運算速度達(dá)200MIPs。Pentium Pro允許在一個系統(tǒng)里安裝4個處理器，因此，Pentium Pro最合適的位置是作為高性能服務(wù)器和工作站。
……
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