《微处理器原理及其系统设计》是为高等院校各专业的“微机原理与接口技术”、“微机原理与系统设计”、“微机原理与应用”等课程专门编写的教材。与国内同类教材不同，本教材以在FPGA中自行设计的微处理器（称为模型机）为核心，讨论了基于微处理器的汇编语言编程、硬件系统构成及其接口电路设计问题。
《微处理器原理及其系统设计》简要介绍了计算机中的数制和码制、补码的运算规则、CPU及其内部寄存器的组成。详细讨论了模型机的指令系统、数据和转移地址的寻址方式，在此基础上重点论述了汇编语言的程序设计技术，给出了适用于模型机汇编语言程序调试的虚拟环境。
在硬件设计部分，重点探讨了模型机系统总线的形成、存储器系统设计、常用接口芯片的应用、可编程并行接口和可编程定时器电路的设计以及中断接口电路的编程控制。简要介绍了VHDL及FPGA的基本设计方法，讨论了模型机关键部件的FPGA实现问题，最后通过一个简洁示例，说明如何在FPGA中设计并实现微处理器。
《微处理器原理及其系统设计》可作为高等院校相关课程的教材，也可以为工程技术人员提供参考。
第一章 绪论
1.1 微处理器的发展历程
1.2 数制表示及其转换
1.2.1 数制的表示
1.2.2 数制的转换
1.3 二进制数的运算规则
1.3.1 二进制数的算术运算
1.3.2 二进制数的逻辑运算
1.4 有符号数的表示
1.4.1 原码表示法
1.4.2 补码表示法
1.5 有符号数的运算及其溢出规则
1.5.1 补码运算规则
1.5.2 有符号数运算时的溢出问题
1.6 ASCII编码方法
第一章 绪论
1.1 微处理器的发展历程
1.2 数制表示及其转换
1.2.1 数制的表示
1.2.2 数制的转换
1.3 二进制数的运算规则
1.3.1 二进制数的算术运算
1.3.2 二进制数的逻辑运算
1.4 有符号数的表示
1.4.1 原码表示法
1.4.2 补码表示法
1.5 有符号数的运算及其溢出规则
1.5.1 补码运算规则
1.5.2 有符号数运算时的溢出问题
1.6 ASCII编码方法
1.7 小结
本章习题
第二章 微处理器结构及工作原理
2.1 微处理器系统组成
2.2 微处理器内部结构
2.3 模型机主要部件电路结构
2.4 微处理器的寄存器组织
2.4.1 通用寄存器
2.4.2 控制寄存器
2.5 小结
本章习题
第三章 模型机的指令系统及程序设计
3.1 汇编语言基础
3.1.1 汇编语言中语句的组成
3.1.2 汇编语言中的常数与表达式
3.1.3 标号、变量及伪指令
3.2 模型机的指令系统
3.3 模型机的寻址方式
3.3.1 数据的寻址方式
3.3.2 转移地址的寻址方式
3.4 数据传送类指令
3.4.1 通用传送类指令
3.4.2 数据交换指令
3.4.3 字节转换指令
3.4.4 堆栈操作指令
3.5 算术运算类指令
3.5.1 加减法指令
3.5.2 比较指令
3.5.3 增量减量指令
3.5.4 乘法和除法指令
3.6 逻辑运算类指令
3.7 移位类指令
3.8 标志位操作指令
3.9 转移指令
3.9.1 无条件转移指令
3.9.2 有条件转移指令
3.10 循环控制指令
3.11 程序调用与返回指令
3.11.1 子程序调用指令
3.11.2 子程序返回指令
3.11.3 过程定义
3.12中断调用与返回指令
3.12.1 中断调用指令
3.12.2 中断返回指令
3.12.3 中断向量表
3.12.4 中断服务子程序结构
3.13 输入输出指令
3.14 其他指令
3.15 汇编语言程序设计
3.15.1 伪指令
3.15.2 模型机虚拟编译调试系统
3.15.3 模型机虚拟系统命令
3.15.4 分支程序设计
3.15 循环程序设计
3.15.6 子程序设计
3.16 综合程序设计示例
3.17 小结
本章习题
……
第四章 系统总线与存储器系统
第五章 外总线与接口技术
第六章 微处理器系统的FPGA设计与实现
第七章 基于FPGA的最简微处理器结构与设计
四、第四代微处理器
1983年-1992年是32位微处理器时代，典型代表产品有280000（1983年）、MC6802（1984年）、Intel 80386（1985年）、Intel 80486（1989年）和MC68040（1989年）。Intel 80386CPU集成度为27.5万个晶体管／硅片，时钟频率为33MHz，物理存储器寻址空间为4GB、虚拟存储空间为64TB，具有实模式、保护模式和虚拟8086三种工作模式。
1989年Intel公司又推出功能更强大的微处理器Intel 80486，在80386的基础上，80486增加了数字协处理器（Intel 80387）和16KB的高速缓冲存储器（Cache）。并首次在Intel系列CPU中将RISC（精简指令）技术和CISC（复杂指令）技术融为一体，采用突发总线技术和时钟倍频技术（即CPU内部许多单元部件按输入时钟的倍频工作），使80486 DX4内部时钟频率为100MHz，是外部时钟频率的3倍，同样在功能上百分之百地兼容早期的Intel微处理器。以这些高性能32位微处理器为CPU构成的微机的性能指标已达到或超过当时的高档小型机甚至大型机的水平，被称为高档或超级微机。
五、第五代微处理器
1993年，Intel公司推出了第五代微处理器Pentium（中文译名为奔腾）。Pentium微处理器的推出使微处理器的技术发展到了一个崭新的阶段，标志着微处理器完成从CISC向RISC时代的过渡，也标志着微处理器向工作站和超级小型机冲击的开始。
亚微米CMOS工艺，它具有64位的数据总线和32位的地址总线，CPU内部采用超标量流水线设计，Pentium芯片内采用双Cache结构（指令Cache和数据Cache），每个Cache容量为8KB，数据宽度为32位，数据Cache采用回写技术，大大节省了处理时间。Pentium处理器为了提高浮点运算速度，采用8级流水线和部分指令固化技术，芯片内设置分支目标缓冲器（BTB），可动态预测分支程序的指令流向，节省了CPU判别分支的时间，大大提高了处理速度。Penti-um系列处理器有多种工作频率，工作在60MHz和66MHz时，其速度可达每秒1亿条指令。同期推出的第五代微处理器还有IBM、Apple和Motorola这3家公司联盟的PowerPC（这是一种完全的RISC微处理器），以及AMD公司的K5和Cyrix公司的M1等。
六、第六代微处理器
1996年Intel公司将其第六代微处理器正式命名为Pentium Pro（奔腾）。该处理器的集成电路采用了0.35的工艺，时钟频率为200MHz，在处理方面，Pentium Pro引入了新的指令执行方式，其内部核心是PISC处理器，运算速度达200MIPs。Pentium Pro允许在一个系统里安装4个处理器，因此，Pentium Pro最合适的位置是作为高性能服务器和工作站。
……
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