Рассматривается архитектура микропроцессоров различных типов: универсальных CISC- и RISC-микропроцессоров, однокристальных микроконтроллеров, процессоров цифровой обработки сигналов, а также принципы построения микропроцессорных систем, включая многопроцессорные конфигурации.В пособии представлены как базовые понятия микропроцессорной техники (организация адресного пространства, система прерываний, кэш-память, конвейер, аппаратные средства защиты информации, мультипрограммирование, ММХ- и SSE-обработка), так и особенности архитектуры новейших образцов микропроцессоров.Знание этого материала закладывает фундамент для освоения таких ключевых вопросов в сфере информационных технологий, как системное и прикладное программирование, операционные системы, информационная безопасность, интерфейсы и многие другие.Рекомендуется студентам высших учебных заведений, обучающихся по различным специальностям в области вычислительной техники.

Предисловие......9Лекция 1. Микропроцессор и его архитектура......11Основные понятия и характеристики архитектуры микропроцессоров......11Этапы развития архитектуры универсальных микропроцессоров......18Структура 32-разрядного универсального микропроцессора......24Лекция 2. Регистровая структура универсального микропроцессора......28Основные функциональные регистры......28Регистры процессора с плавающей точкой......31Системные регистры......34Регистры отладки и тестирования......35Лекция 3. Физическая и логическая организация адресного пространства......37Логическое адресное пространство......37Формирование физического адреса в универсальном микропроцессоре при различных режимах работы......38Структура кода команды и формирование смещения в сегменте......44Сегментная организация памяти в защищенном режиме......47Страничная организация памяти......53Буфер ассоциативной трансляции страничного адреса......60Лекция 4. Организация и принципы работы кэш-памяти......65Общие принципы функционирования кэш-памяти......65Типы кэш-памяти......67Организация внутренней кэш-памяти микропроцессора......70Обеспечение согласованности кэш-памяти микропроцессоров в мультипроцессорных системах......73Лекция 5. Аппаратные средства защиты информации в микропроцессоре......78Использование шлюзов вызова......82Лекция 6. Мультипрограммный режим работы микропроцессора......87Переключение задач......94Лекция 7. Прерывания и особые случаи......99Порядок обработки прерываний......100Контроллер приоритетных прерываний......104Лекция 8. Структура микропроцессорной системы......110Прямой доступ к памяти......114Назначение и функции чипсета в микропроцессорной системе......118Лекция 9. Конвейерная организация работы микропроцессора......121Оценка производительности идеального конвейера......122Конфликты в конвейере и способы минимизации их влияния на производительность процессора......123Лекция 10. Структура и особенности архитектуры микропроцессора Pentium 4......135Лекция 11. Основные направления развития архитектуры универсальных микропроцессоров......146Архитектура микропроцессора Itanium......152Лекция 12. Микропроцессоры с RISC-архитектурой......156Лекция 13. Многопроцессорные и многомашинные вычислительные системы......165Транспьютеры......174Лекция 14. Архитектура однокристального микроконтроллера......178Структура микроконтроллера МК-51......178Организация памяти......180Система команд......183Основные функциональные блоки микроконтроллера МК-51......188Блок таймеров/счетчиков......192Организация ввода-вывода информации в микроконтроллере......197Лекция 15. Построение микропроцессорных систем на основе однокристальных микроконтроллеров. Тенденции развития однокристальных микроконтроллеров......202Принципы организации взаимодействия микропроцессора с внешними устройствами......202Тенденции развития однокристальных микроконтроллеров......212Лекция 16. Процессоры цифровой обработки сигналов......216Цифровой сигнальный процессор ADSP BF561......234Лекция 17. Методы и средства отладки микропроцессорных систем......238Особенности контроля и отладки МПС на различных этапах жизненного цикла......242Внутрисхемный эмулятор......245Платы развития......247ПЗУ-мониторы......247Эмулятор ПЗУ......248Логический анализатор......249Сигнатурный анализатор......250JTAG-эмулятор......251Средства разработки и отладки программного обеспечения......253Комплексная отладка микропроцессорных систем......255Лекция 18. Методы и средства оценки производительности микропроцессоров и микропроцессорных систем......257MIPS и MFLOPS......258Тестовые программы......259Оценка производительности сигнальных процессоров......263Список сокращений......268Литература......270

Гуров В.В.
Доцент МИФИ, заместитель декана факультета «Кибернетика». Имеет более 20 лет преподавательского стажа. Автор ряда новых лекционных курсов и лабораторных практикумов по микропроцессорным системам, организации ЭВМ. защите информации. Разрабатываемые под его руководством практикумы базируются на новом подходе с использованием компьютерных обучающих программ. Имеет около 60 печатных научных и учебно-методических работ. Неоднократно представлял результаты своих работ на региональных и международных конференциях. За работы в области разработки новых средств и методов обучения награжден двумя медалями ВДНХ.