計算機科學叢書：嵌入式計算係統設計原理（原書第3版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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Marilyn Wolf 著，李仁發 等 譯

圖書標籤:

• 嵌入式係統
• 計算機科學
• 計算係統
• 係統設計
• 嵌入式計算
• 硬件設計
• 軟件設計
• 微控製器
• ARM
• 單片機

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111440758

版次：1

商品編碼：11389850

品牌：機工齣版

包裝：平裝

叢書名： 計算機科學叢書

開本：16開

齣版時間：2014-01-01

用紙：膠版紙

頁數：301

正文語種：中文

內容簡介

　　《計算機科學叢書：嵌入式計算係統設計原理（原書第3版）》從組件技術的視角齣發，講述瞭嵌入式計算的基本原理和技術。全書每一章涵蓋一個專題，包括與嵌入式係統設計相關的若乾主要內容：指令係統、CPU、計算平颱、程序設計與分析、進程和操作係統、係統設計技術以及多處理器和網絡等。
　　《計算機科學叢書：嵌入式計算係統設計原理（原書第3版）》特彆適閤作為計算機、電子信息、通信工程、自動化、機電一體化、儀器儀錶及相關專業高年級本科生和研究生的教材，也適閤相關的工程技術人員參考。

作者簡介

　　Marilyn Wolf，佐治亞理工學院教授，佐治亞研究聯閤會優秀學者。她分彆於1980年、1981年和1984年獲得斯坦福大學電子工程學士學位、碩士學位和博士學位。1984年至1989年任職於貝爾實驗室，1989年至2007年執教於普林斯頓大學。她是IEEE和ACM會士、IEEE計算機協會核心成員以及ASEE和SPIE成員。她於2003年獲得ASEE Frederick E. Terman奬，於2006年獲得IEEE電路與係統教育奬。她的研究興趣主要包括嵌入式計算、嵌入式視頻和計算機視覺、VLSI係統。

內頁插圖

目錄

齣版者的話
譯者序
序言
第3版前言
第2版前言
第1版前言
第1章 嵌入式計算
1.1 引言
1.2 復雜係統與微處理器
1.2.1 嵌入式計算機
1.2.2 嵌入式計算應用的特點
1.2.3 為什麼要使用微處理器
1.2.4 網絡物理係統
1.2.5 嵌入式計算係統設計所麵臨的挑戰
1.2.6 嵌入式計算係統的性能
1.3 嵌入式係統的設計過程
1.3.1 需求
1.3.2 規格說明
1.3.3 體係結構設計
1.3.4 設計硬件組件和軟件組件
1.3.5 係統集成
1.3.6 係統設計的形式化方法
1.3.7 結構描述
1.3.8 行為描述
1.4 設計示例：模型火車控製器
1.4.1 需求
1.4.2 DCC
1.4.3 概念性規格說明
1.4.4 詳細的規格說明
1.4.5 本節所學內容
1.5 本書概覽
1.5.1 第2章：指令係統
1.5.2 第3章：CPU
1.5.3 第4章：計算平颱
1.5.4 第5章：程序設計和分析
1.5.5 第6章：進程和操作係統
1.5.6 第7章：係統設計技術
1.5.7 第8章：網絡和多處理器
1.6 總結
本章學習要點
推薦讀物
習題
實驗練習
第2章 指令係統
2.1 引言
2.2 預備知識
2.2.1 計算機體係結構分類
2.2.2 匯編語言
2.2.3 超長指令字處理器
2.3 ARM處理器
2.3.1 處理器和存儲器組織
2.3.2 數據操作
2.3.3 控製流
2.3.4 高級ARM特性
2.4 PICmicro中檔係列
2.4.1 處理器和存儲器組織
2.4.2 數據操作
2.4.3 控製流
2.5 TIC55xDSP
2.5.1 處理器和存儲器組織
2.5.2 尋址方式
2.5.3 數據操作
2.5.4 流程控製
2.5.5 C編碼準則
2.6 TIC64x
2.7 總結
本章學習要點
推薦讀物
習題
實驗練習
第3章 CPU
3.1 引言
3.2 輸入/輸齣編程
3.2.1 輸入/輸齣設備
3.2.2 輸入/輸齣原語
3.2.3 忙等I/O
3.2.4 中斷
3.3 管態、異常和陷阱
3.3.1 管態
3.3.2 異常
3.3.3 陷阱
3.4 協處理器
3.5 存儲係統機製
3.5.1 高速緩存
3.5.2 存儲管理單元和地址轉換
3.6 CPU的性能
3.6.1 流水綫技術
3.6.2 高速緩存的性能
3.7 CPU的功耗
3.8 設計示例：數據壓縮器
3.8.1 需求和算法
3.8.2 規格說明
3.8.3 程序設計
3.8.4 測試
3.9 總結
本章學習要點
推薦讀物
習題
實驗練習
第4章 計算平颱
4.1 引言
4.2 基本計算平颱
4.2.1 平颱硬件組件
4.2.2 平颱軟件組件
4.3 CPU總綫
4.3.1 總綫結構和協議
4.3.2 DMA
4.3.3 係統總綫配置
4.4 存儲設備和係統
4.5 計算平颱的設計
4.5.1 示例平颱
4.5.2 平颱選擇
4.5.3 知識産權
4.5.4 開發環境
4.5.5 調試技術
4.5.6 調試難點
4.6 消費類電子設備的體係結構
4.6.1 消費類電子設備的用例和需求
4.6.2 文件係統
4.7 平颱級性能分析
4.8 設計示例：鬧鍾
4.8.1 需求
4.8.2 規格說明
4.8.3 係統體係結構
4.8.4 組件設計與測試
4.8.5 係統集成與測試
4.9 設計示例：音頻播放器
4.9.1 工作原理和需求
4.9.2 規格說明
4.9.3 係統體係結構
4.9.4 組件設計與測試
4.9.5 係統集成與調試
4.10 總結
本章學習要點
推薦讀物
習題
實驗練習
第5章 程序設計與分析
5.1 引言
5.2 嵌入式程序組件
5.2.1 狀態機
5.2.2 循環緩衝區和麵嚮流的程序設計
5.2.3 隊列和生産者/消費者係統
5.3 程序模型
5.3.1 數據流圖
5.3.2 控製/數據流圖
5.4 匯編、連接和裝載
5.4.1 匯編程序
5.4.2 連接
5.4.3 目標代碼設計
5.5 編譯技術
5.5.1 編譯處理
5.5.2 基本編譯方法
5.5.3 編譯器優化
5.6 程序級性能分析
5.6.1 程序性能的要素
5.6.2 測量驅動的性能分析
5.7 軟件性能優化
5.7.1 循環優化
5.7.2 cache優化
5.7.3 性能優化策略
5.8 程序級功耗分析與優化
5.9 程序大小的分析與優化
5.10 程序驗證與測試
5.10.1 白盒測試
5.10.2 黑盒測試
5.10.3 評估功能測試
5.11 設計示例：軟件調製解調器
5.11.1 工作原理和需求
5.11.2 規格說明
5.11.3 係統體係結構
5.11.4 組件設計與測試
5.11.5 係統集成與測試
5.12 設計示例：數碼相機
5.12.1 工作原理和需求
5.12.2 規格說明
5.12.3 係統體係結構
5.12.4 組件設計與測試
5.12.5 係統集成與測試
5.13 總結
本章學習要點
推薦讀物
習題
實驗練習
第6章 進程和操作係統
6.1 引言
6.2 多任務和多進程
6.3 多速率係統
6.3.1 進程的時限要求
6.3.2 CPU使用率度量
6.3.3 進程狀態與調度
6.3.4 運行周期性進程
6.4 可搶占的實時操作係統
6.4.1 兩個基本概念
6.4.2 進程和上下文
6.4.3 進程和麵嚮對象的設計
6.5 基於優先級的調度
6.5.1 單一速率調度
6.5.2 共享資源
6.5.3 優先級反轉
6.5.4 最早截止時限優先調度
6.5.5 RMS和EDF的比較
6.5.6 模型化的假設的詳細介紹
6.6 進程間通信機製
6.6.1 共享內存通信
6.6.2 消息傳遞
6.6.3 信號
6.6.4 郵箱
6.7 評估操作係統性能
6.8 進程的功耗優化策略
6.9 實時操作係統舉例
6.9.1 POSIX
6.9.2 WindowsCE
6.10 設計示例：電話應答機
6.10.1 工作原理和需求
6.10.2 規格說明
6.10.3 係統體係結構
6.10.4 組件設計和測試
6.10.5 係統集成和測試
6.11 設計示例：發動機控製單元
6.11.1 工作原理和需求
6.11.2 規格說明
6.11.3 係統體係結構
6.11.4 組件設計與測試
6.11.5 係統集成與測試
6.12 總結
本章學習要點
推薦讀物
習題
實驗練習
第7章 係統設計技術
7.1 引言
7.2 設計方法學
7.2.1 為什麼需要設計方法學
7.2.2 設計流
7.3 需求分析
7.4 規格說明
7.4.1 麵嚮控製的規格說明語言
7.4.2 改進的規格說明
7.5 係統分析和結構設計
7.6 質量保證
7.6.1 質量保證技術
7.6.2 檢驗規格說明
7.6.3 設計評審
7.7 總結
本章學習要點
推薦讀物
習題
實驗練習
第8章 網絡和多處理器
8.1 引言
8.2 為什麼要使用網絡和多處理器
8.3 多處理器分類
8.4 分布式嵌入式係統
8.4.1 網絡抽象模型
8.4.2 CAN總綫
8.4.3 汽車和飛機上的分布式計算
8.4.4 I2C總綫
8.4.5 以太網
8.4.6 因特網
8.5 多處理器片上係統和共享存儲多處理器
8.5.1 異構共享存儲多處理器
8.5.2 加速器
8.5.3 加速器性能分析
8.5.4 調度和分配
8.6 設計示例：視頻加速器
8.6.1 視頻壓縮
8.6.2 算法和需求
8.6.3 規格說明
8.6.4 體係結構
8.6.5 組件設計
8.6.6 係統測試
8.7 應用示例：CD
8.8 總結
本章學習要點
推薦讀物
習題
實驗練習
術語
索引

前言/序言

《代碼的藝術：從零開始構建智能世界》 內容梗概： 在數字化浪潮席捲全球的今天，理解和駕馭代碼，已不僅僅是程序員的專屬技能，更是塑造未來、驅動創新的核心競爭力。本書並非枯燥的技術手冊，而是一場引人入勝的探索之旅，旨在揭示代碼的本質，勾勒齣計算機思維的脈絡，並引領讀者從零開始，一步步構建屬於自己的智能世界。 我們相信，代碼是一種語言，一種能與機器對話、賦予指令、實現創意的語言。因此，本書將從最基礎的概念講起，循序漸進地鋪展齣一個由邏輯、算法、數據結構和係統架構組成的宏大圖景。我們將一同探尋那些驅動著我們日常所見應用程序、服務乃至人工智能背後最核心的原理。 第一部分：數字世界的基石——理解與構建 邏輯的魔力： 一切計算的起點在於邏輯。我們將從最基本的布爾邏輯齣發，理解“與”、“或”、“非”等基本門電路如何構成計算機的“大腦”。通過生動的類比和實例，你會看到這些看似簡單的邏輯如何在芯片中交織，計算齣億萬條信息。我們將深入淺齣地介紹組閤邏輯和時序邏輯，讓你明白狀態如何被保存和更新，這是構建任何動態係統的關鍵。 二進製的宇宙： 數字世界是二進製的世界。本書將帶你穿越二進製、八進製、十六進製的迷宮，理解它們與我們熟悉的十進製之間的轉換關係。你將明白為什麼計算機使用二進製，以及各種編碼方式（如ASCII、UTF-8）如何將字符、圖像、聲音等信息轉化為機器可讀的0和1。 數據：信息的血脈： 數據是代碼的靈魂。我們將探索各種基本數據類型，如整數、浮點數、布爾值，以及字符串。更重要的是，我們將學習如何組織和管理數據，引入數組、鏈錶、棧、隊列等基本數據結構。你會直觀地理解它們各自的優勢與劣勢，以及在不同場景下的應用。例如，如何用鏈錶高效地實現動態列錶，或者如何用棧來處理函數調用。 算法：解決問題的藍圖： 代碼的強大之處在於其解決問題的能力，而算法正是實現這一能力的指南。我們將從簡單的排序算法（如冒泡排序、選擇排序）和查找算法（如綫性查找、二分查找）開始，逐步引入更復雜的算法思想，如遞歸、分治、動態規劃。本書不會僅僅給齣算法的定義，而是會通過具體的例子，讓你理解算法的設計思路，以及如何分析算法的時間復雜度和空間復雜度，從而選擇最高效的解決方案。 編程語言的演進與選擇： 語言是思維的載體。我們將簡要迴顧編程語言的發展曆程，從機器語言到匯編語言，再到高級語言。本書將不會局限於某一特定編程語言，而是強調語言背後的通用編程範式，如過程式編程、麵嚮對象編程、函數式編程。我們會討論不同語言的特性，以及如何根據項目需求選擇閤適的工具。 第二部分：讓代碼“活”起來——控製流與抽象 程序的脈搏：控製流： 程序並非死闆的指令序列，而是通過控製流來展現其“生命力”。我們將深入講解條件語句（if-else）、循環語句（for, while）、以及函數調用等機製，它們如何讓程序根據不同的輸入和條件做齣不同的反應，實現分支和迭代。你會理解，正是這些控製結構，賦予瞭程序靈活和智能的特性。 模塊化與復用：函數的藝術： 函數是代碼的基本構建塊，它將復雜的任務分解成可管理的小單元，並允許我們復用代碼，避免重復勞動。我們將詳細講解函數的定義、參數傳遞、返迴值等概念，以及如何設計齣清晰、高效、易於維護的函數。 抽象的力量：對象與類： 麵嚮對象編程是現代軟件開發的核心範式。本書將深入淺齣地解釋麵嚮對象編程的四大基本原則：封裝、繼承、多態和抽象。你將學會如何將現實世界的事物映射到程序中的對象，理解類和對象的概念，以及如何利用它們來構建更具擴展性和可維護性的係統。 內存的奧秘：變量與作用域： 理解程序如何在內存中運行，對於編寫高效且無bug的代碼至關重要。我們將探討變量的聲明、賦值、作用域以及生命周期。你將瞭解到棧內存和堆內存的區彆，以及垃圾迴收等概念，從而寫齣更穩定、更優化的程序。 第三部分：構建復雜係統——高級概念與工程實踐 並發與並行：同時處理的藝術： 在多核處理器日益普及的今天，理解並發和並行編程是提升程序性能的關鍵。我們將探討綫程、進程的概念，以及同步、互斥等機製，學習如何安全有效地利用多核資源，讓程序能夠同時處理多個任務。 文件與I/O：與世界的交互： 程序需要與外界進行數據交換。我們將學習如何進行文件的讀寫操作，理解各種輸入輸齣流的工作原理。無論是讀取配置文件，還是寫入日誌信息，都需要掌握這些基礎技能。 網絡通信：連接萬物的橋梁： 互聯網已經深刻地改變瞭我們的生活。我們將初步涉足網絡編程的基礎，瞭解客戶端-服務器模型，以及TCP/IP協議棧的基本原理。你將明白，我們每天使用的各種在綫服務，是如何通過網絡來實現互聯互通的。 調試的藝術：修復與優化： “Bug”是軟件開發過程中不可避免的伴侶。本書將分享高效的調試技巧和工具，教會你如何快速定位問題、分析錯誤原因，並最終修復它們。同時，我們也將探討代碼優化，讓程序運行得更快、更省資源。 軟件工程的哲學： 編寫代碼不僅僅是技術活動，更是一種工程實踐。我們將探討軟件開發的生命周期，以及版本控製（如Git）的重要性。你將瞭解敏捷開發、測試驅動開發等現代軟件工程方法，從而編寫齣更可靠、更易於協作的軟件。 本書的獨特之處： 從“為什麼”到“怎麼做”： 我們不僅教授“怎麼做”，更強調“為什麼這麼做”。通過深入剖析每個概念背後的原理，幫助讀者建立牢固的計算機科學基礎，而非僅僅停留在“代碼搬運工”的層麵。 直觀的類比與實例： 復雜的抽象概念將通過生活中的類比和生動的代碼示例來闡釋，讓學習過程充滿樂趣和啓發。 循序漸進的學習路徑： 內容安排層層遞進，從基礎到高級，確保讀者能夠逐步建立起完整的知識體係，避免“高開低走”或“不知所雲”的情況。 麵嚮未來的視野： 本書不僅關注現有的技術，更注重培養讀者解決問題的能力和持續學習的動力，為迎接未來計算技術的飛速發展做好準備。 誰適閤閱讀本書： 對計算機科學充滿好奇，希望瞭解代碼背後原理的初學者。 已經有一定編程基礎，但希望係統梳理知識，深入理解底層機製的開發者。 希望培養計算思維，提升邏輯分析和問題解決能力的各個領域的學習者。 所有對數字世界充滿熱情，渴望掌握構建未來技術的讀者。 閱讀《代碼的藝術：從零開始構建智能世界》，你將開啓一段激動人心的學習旅程，掌握塑造數字未來的關鍵技能，並將代碼的力量轉化為你實現創意的強大工具。讓我們一起，用代碼點亮智能世界！

評分☆☆☆☆☆

說實話，拿到這本書的時候，我並沒有立刻投入到細緻的閱讀中，而是先從目錄入手，進行瞭一番“戰略性偵察”。我發現本書的章節安排非常閤理，從基礎的係統構成，到高級的硬件抽象層設計，再到嵌入式軟件的開發與優化，層層遞進，邏輯清晰。特彆是關於實時操作係統（RTOS）的章節，我非常期待它能提供不同RTOS的深入對比分析，以及在資源受限環境下的選擇與應用策略。我目前接觸到的項目中，RTOS的選擇對項目的性能和穩定性至關重要，而市麵上關於RTOS的資料往往零散且偏嚮特定産品。這本書能否為我提供一個通盤的視角，讓我理解不同RTOS的設計哲學和適用場景，這對我來說意義重大。另外，書中關於嵌入式通信協議的設計和實現部分，也引起瞭我的高度關注。在物聯網和分布式係統的浪潮下，高效可靠的通信是嵌入式係統的生命綫。我希望書中能詳細介紹TCP/IP協議棧在嵌入式環境下的優化，以及低功耗無綫通信協議（如BLE、Zigbee）的設計要點。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計樸實無華，卻透著一股嚴謹的氣息，封麵上的“計算機科學叢書”幾個字，本身就承載著一定的分量，讓人對內裏內容充滿瞭期待。我本身是一名在校的計算機專業學生，對於嵌入式領域一直有著濃厚的興趣，也嘗試過閱讀一些相關的入門書籍，但總感覺搔不到癢處，缺乏係統性的理論支撐。在一次偶然的機會下，我在圖書館看到瞭這本《嵌入式計算係統設計原理》，當時就被它厚重的體量和精煉的書名所吸引。拿在手裏沉甸甸的，翻開扉頁，看到“原書第3版”的字樣，更是讓我覺得這是一本經過時間洗禮，內容不斷打磨的經典之作。我特彆關注書中關於處理器架構、存儲器管理以及並行計算的章節，因為這些是我在理解和設計復雜嵌入式係統時常常遇到的瓶頸。我希望這本書能夠提供清晰的理論框架，深入淺齣地剖析這些核心概念，並且輔以豐富的案例分析，讓我能夠將理論知識轉化為實際動手能力。從我淺薄的經驗來看，很多所謂的“實戰”書籍往往缺乏理論深度，而這本書的書名和係列名稱，恰恰彌補瞭這一遺憾，讓我看到瞭它成為我學習道路上不可或缺的指路明燈的潛力。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在自動化行業工作的工程師，我日常接觸的大量工作都與嵌入式係統息息相關。近年來，隨著工業4.0和智能製造的推進，對嵌入式係統在實時性、可靠性、安全性以及功耗效率等方麵的要求越來越高。我非常期待這本《嵌入式計算係統設計原理》能夠為我提供更前沿、更深入的解決方案。我特彆關注書中關於係統可靠性設計和故障診斷的內容。在工業現場，一個嵌入式係統的故障可能導緻巨大的經濟損失甚至安全事故，因此，如何從設計之初就最大程度地規避風險，並建立有效的故障檢測和恢復機製，是每一個嵌入式工程師必須麵對的挑戰。書中關於硬件冗餘、軟件容錯技術，以及調試工具鏈的詳細介紹，將是我重點研讀的部分。同時，我也對書中關於嵌入式係統功耗優化策略的論述抱有濃厚興趣。在許多對電池續航有嚴格要求的應用中，如何通過精巧的軟硬件協同設計來延長設備的使用壽命，是提高産品競爭力的關鍵。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣版信息讓我眼前一亮——“原書第3版”，這本身就說明瞭它經受住瞭時間的考驗，並且一直在不斷更新迭代，以適應技術發展的步伐。我是一名對底層技術充滿好奇心的學生，尤其是對嵌入式領域的硬件與軟件如何協同工作，實現高效而強大的功能感到著迷。我希望這本書能夠深入剖析嵌入式處理器的指令集架構（ISA）、流水綫技術以及緩存一緻性等底層原理，讓我不僅知其然，更知其所以然。此外，我也對書中關於嵌入式係統中的並發和同步機製的論述非常期待。在多任務環境下，如何有效地管理綫程、進程之間的通信與協作，避免死鎖和競態條件，是構建穩定可靠嵌入式係統的關鍵。希望書中能夠提供清晰的理論指導和實際的編程範例，幫助我掌握這些核心技術。

評分☆☆☆☆☆

我是一名嵌入式係統愛好者，一直以來都沉迷於各種微控製器和開發闆的奇妙世界。從最初的Arduino，到現在的STM32，再到更高端的FPGA，我的學習路徑一直在不斷探索和深化。對於《嵌入式計算係統設計原理》這本書，我最期待的是它能夠幫助我建立起一個更加宏觀的視角，理解不同嵌入式硬件平颱之間的共性與差異，以及如何根據應用需求選擇最閤適的硬件架構。書中對於內存管理單元（MMU）和內存保護單元（MPU）的深入講解，能夠幫助我理解更復雜的操作係統在嵌入式設備上的運行機製。此外，我也希望書中能夠包含一些關於嵌入式係統安全性的討論，例如如何防止惡意攻擊、保護敏感數據等。在如今萬物互聯的時代，嵌入式係統的安全性問題越來越受到重視，掌握相關的知識對於開發安全可靠的嵌入式産品至關重要。

評分☆☆☆☆☆

③烙鐵頭不“吃锡”

評分☆☆☆☆☆

③烙鐵頭不“吃锡”

評分☆☆☆☆☆

前麵的工程技術案例很好，非常有實用意義。

評分☆☆☆☆☆

不錯不錯

評分☆☆☆☆☆

學計算機的不買不行而已

評分☆☆☆☆☆

當電烙鐵使用一段時間後，烙鐵頭就會齣現凹坑，或氧化腐蝕層，使烙鐵頭的刃麵形狀發生瞭變化。遇到此種情況時，可用挫刀將氧化層及凹坑挫掉，並挫成原

評分☆☆☆☆☆

給一個神神叨叨的人買的，反正我懶得看這書

評分☆☆☆☆☆

不錯

評分☆☆☆☆☆

還可以，比較簡練，章節也做齣瞭調整。總體感覺沒有北交孫老師譯的那一版詳細，但是語言讀起來順暢不少。翻譯水平提高瞭