微机原理与接口技术

目录CONTENTS

第1章数在计算机中的表示形式1

1.1机器数与真值1

1.2常见的机器数表示形式2

1.2.1原码2

1.2.2补码3

1.2.3反码4

1.2.4原码、补码和反码之间的转换4

1.2.5移码表示法5

1.2.64种机器数表示形式的比较和小结6

1.3数的定点表示与浮点表示6

1.3.1定点表示法6

1.3.2浮点表示法7

1.4二十进制编码10

1.4.1二十进制编码特点10

1.4.28421码11

1.5二进制信息的计量单位11

习题112

第2章计算机的基本结构与工作过程13

2.1计算机的基本结构13

2.1.1冯·诺依曼计算机基本结构13

2.1.2计算机的基本组成框图及功能部件简介14

2.2计算机的工作流程17

2.2.1指令与程序17

2.2.2计算机的基本工作流程18

2.3计算机系统的组成20

2.3.1硬件与软件20

2.3.2计算机系统的基本组成21目录微机原理与接口技术(第2版)2.4微型计算机的分类及主要技术指标22

2.4.1微型计算机的分类22

2.4.2微型计算机的主要技术指标23

2.5微型计算机的基本结构及系统组成24

2.5.1微型计算机基本结构24

2.5.2微型计算机的系统组成25

习题226

第3章微处理器的编程结构27

3.1微处理器的工作模式27

3.1.1实模式28

3.1.2保护模式28

3.1.3虚拟8086模式28

3.2微处理器的编程结构28

3.2.1程序可见寄存器28

3.2.280x86/Pentium处理器的寄存器模型29

3.3微处理器的寻址机制33

3.3.1存储器分段技术33

3.3.2实模式下的存储器寻址34

3.3.3堆栈38

习题339

第4章寻址方式与指令系统40

4.1寻址方式40

4.1.1数据寻址方式40

4.1.2转移地址寻址方式46

4.2指令编码47

4.2.1指令编码格式48

4.2.2指令编码举例50

4.38086指令系统51

4.3.1数据传送指令51

4.3.2算术运算指令57

4.3.3逻辑运算与移位指令68

4.3.4串操作指令71

4.3.5转移指令75

4.3.6处理器控制指令81

4.480286～Pentium指令系统82

习题483

第5章汇编语言的基本语法84

5.1汇编语言的特点84

5.2汇编语言程序结构和基本语法85

5.2.1示例程序85

5.2.2基本概念86

5.2.3指令语句92

5.2.4伪指令语句95

5.2.5宏指令102

5.2.6简化段定义105

5.3ROM BIOS中断调用和DOS系统功能调用106

5.3.1ROM BIOS中断调用106

5.3.2DOS系统功能调用107

5.4汇编语言程序的上机调试107

5.4.1建立源文件107

5.4.2汇编108

5.4.3连接110

5.4.4运行111

5.4.5调试112

习题5115

第6章汇编语言程序设计及应用118

6.1汇编语言程序设计的基本方法118

6.1.1程序设计的基本步骤118

6.1.2程序的基本结构形式119

6.1.3子程序设计121

6.2汇编语言的编程应用123

6.2.1I/O与通信123

6.2.2声音与时钟124

6.2.3乐曲程序126

6.2.4键盘I/O129

6.2.5鼠标器编程131

6.2.6图形显示134

6.3Windows环境下汇编语言程序设计137

6.3.1Windows API函数137

6.3.2动态链接库138

6.3.3指令集选择138

6.3.4工作模式选择138

6.3.5函数的原型定义139

6.3.6Windows应用程序的基本结构框架139

6.3.7Win32汇编语言应用程序实例140

6.3.8MASM 32汇编与连接命令141

6.4汇编语言与高级语言的混合编程141

6.4.1内嵌汇编142

6.4.2在C程序中直接调用汇编子程序143

6.4.3汇编语言程序调用C函数146

习题6146

第7章微处理器的内部结构及外部功能特性148

7.1微处理器的内部结构及相关技术148

7.1.1总线接口单元BIU148

7.1.2指令cache与数据cache149

7.1.3超标量流水线结构149

7.1.4动态转移预测及转移目标缓冲器BTB151

7.1.5指令预取器和预取缓冲器152

7.1.6指令译码器153

7.1.7执行单元153

7.1.8浮点处理单元153

7.1.9控制单元154

7.2微处理器的外部功能特性154

7.2.1微处理器的外部引脚信号154

7.2.2微处理器的总线时序159

习题7163

第8章存储器及其接口165

8.1概述165

8.1.1存储系统的层次结构165

8.1.2存储器的性能指标167

8.1.3内存储器的基本结构及其数据存储格式167

8.2半导体存储器的结构及工作原理169

8.2.1可读写存储器169

8.2.2只读存储器179

8.3存储器接口185

8.3.1存储器接口中的片选控制185

8.3.2存储器接口分析与设计举例187

8.3.3双端口存储器189

8.4高速缓存190

8.4.1基本原理190

8.4.2组织方式192

8.4.3更新方式及替换算法193

8.5虚拟存储器195

8.5.1虚拟存储器的工作原理195

8.5.280x86的虚拟存储技术196

习题8198

第9章I/O接口技术200

9.1I/O接口概述200

9.1.1I/O接口的基本功能200

9.1.2I/O接口的基本结构201

9.1.3I/O端口的编址方式202

9.1.4I/O接口的地址译码及片选信号的产生203

9.1.5I/O指令204

9.2I/O控制方式204

9.2.1程序控制方式204

9.2.2中断控制方式206

9.2.3DMA方式207

9.3DMA技术208

9.3.1DMA控制器的基本功能208

9.3.2DMA控制器的一般结构208

9.3.3DMA控制器的工作方式210

9.3.4DMA工作过程211

9.3.5可编程DMA控制器8237212

9.4中断系统212

9.4.1基本概念212

9.4.280x86实模式的中断系统215

9.4.3可编程中断控制器8259A221

9.4.4中断服务程序设计221

习题9225

第10章并行通信及其接口电路226

10.1可编程并行接口的组成及工作过程226

10.1.1可编程并行接口的组成及其与CPU和外设的连接226

10.1.2可编程并行接口的数据输入输出过程227

10.2可编程并行接口8255A228

10.2.18255A的性能概要228

10.2.28255A芯片引脚分配及引脚信号说明228

10.2.38255A内部结构框图229

10.2.48255A的控制字230

10.2.58255A的工作方式231

10.2.68255A的状态字236

10.2.78255A应用举例237

习题10239

第11章串行通信及其接口电路241

11.1串行通信241

11.1.1串行通信的特点241

11.1.2串行通信涉及的常用术语和基本概念242

11.2串行通信接口标准246

11.2.1RS232C246

11.2.2RS485247

11.3可编程串行通信接口8251A248

11.3.1USART248

11.3.28251A的基本功能和工作原理248

11.3.38251A对外接口信号251

11.3.48251A的编程253

11.3.58251A应用举例257

习题11259

第12章计数/定时技术260

12.1概述260

12.2可编程计数器/定时器8253260

12.2.18253的主要功能260

12.2.28253的结构框图261

12.2.38253的引脚262

12.2.48253的工作方式263

12.2.58253的初始化编程268

12.2.68253的读出操作271

12.38253的应用272

习题12275

第13章D/A和A/D转换器276

13.1计算机自动控制系统中的D/A和A/D转换276

13.2D/A转换器277

13.2.1D/A转换器的工作原理277

13.2.2D/A转换器的主要技术指标280

13.2.3D/A转换器芯片281

13.2.4D/A转换器芯片与微处理器的接口283

13.2.5D/A转换器的应用284

13.3A/D转换器285

13.3.1基本概念285

13.3.2A/D转换器的工作原理287

13.3.3A/D转换器的主要技术指标288

13.3.4A/D转换器芯片289

13.3.5A/D转换器芯片与微处理器的接口290

习题13293

第14章总线技术295

14.1概述295

14.1.1总线295

14.1.2总线的分类296

14.1.3总线标准297

14.1.4总线仲裁298

14.2PCI总线299

14.2.1概述299

14.2.2PCI总线的结构及特点299

14.3USB总线301

14.3.1USB概述301

14.3.2USB的拓扑结构302

14.3.3USB线缆及连接器302

14.4高速总线接口IEEE 1394303

14.5CAN总线304

14.5.1CAN总线概述304

14.5.2CAN总线特性305

14.5.3CAN总线的相关概念和技术305

14.5.4CAN通信协议的帧结构307

14.5.5CAN总线位的数值表示309

14.5.6CAN总线传输距离与传输速率的关系310

14.5.7CAN总线的应用310

习题14311

第15章高性能微处理器的先进技术及典型结构312

15.1高性能微处理器所采用的先进技术312

15.1.1指令级并行312

15.1.2超标量技术313

15.1.3超长指令字结构314

15.1.4超级流水线技术314

15.1.5RISC技术315

15.2高性能微处理器举例316

15.2.164位处理器Alpha 21064317

15.2.2Itanium处理器——IA64架构的开放硬件平台318

15.3多核处理器简介321

15.3.1复杂单处理器结构所遇到的挑战321

15.3.2多核处理器的出现321

15.3.3多核处理器结构的主要特点322

15.4现代PC主板典型结构323

15.4.1芯片组、桥芯片及接口插座323

15.4.2Pentium PC主板结构324

15.4.3Pentium 4 PC主板的I/O组织结构325

习题15326

第16章嵌入式系统与嵌入式处理器327

16.1嵌入式系统概述327

16.1.1嵌入式系统简介327

16.1.2嵌入式系统的组成327

16.2嵌入式处理器329

16.2.1ARM系列处理器329

16.2.2Intel 8051系列微控制器330

16.3ARM体系结构331

16.3.1ARM处理器的工作状态331

16.3.2ARM处理器的运行模式331

16.3.3ARM处理器的内部寄存器332

16.3.4ARM处理器的异常处理机制335

16.4ARM指令系统336

16.4.1ARM指令系统的主要特点336

16.4.2ARM指令的基本格式337

16.4.3ARM指令的寻址方式338

16.4.4ARM指令简介340

16.4.5ARM指令系统与Thumb指令系统的比较346

16.5ARM汇编语言程序设计347

16.5.1ARM伪操作347

16.5.2ARM伪指令350

16.5.3ARM汇编语言语句格式352

16.5.4ARM汇编语言程序结构352

16.5.5ARM汇编语言程序设计示例353

习题16354

附录ADOS功能调用（INT 21H）（节选）355

附录BBIOS中断调用（节选）357

附录C调试程序DEBUG的使用358

部分习题参考答案362

参考文献376

本书全面、系统地介绍了现代微型计算机的基本组成、工作原理和典型接口技术，主要内容包括数据在计算机中的表示形式、计算机/微型计算机的组成与结构、微处理器结构、指令系统与汇编语言程序设计、存储器及其接口、输入输出及DMA技术、中断系统、串并行通信及其接口电路、计数/定时技术、模拟接口、总线技术、高性能微处理器的先进技术与典型结构和嵌入式系统与嵌入式处理器等。本书内容精练，层次清楚，实用性强；在注重讲解基本概念的同时，也十分注意反映微型计算机发展中的新知识、新技术。本书可作为普通高等院校理工科各专业计算机基础课程教材，也可作为自学考试和成人教育以及各类职业学校的教材。

“微机原理与接口技术”是高等学校理工科大学生的一门重要的计算机技术基础课程，也是理工科大学生学习和掌握计算机硬件技术基础、汇编语言程序设计及常用接口技术的入门课程。通过本课程的学习，可以使学生从理论和实践上掌握微型计算机的基本组成和工作原理，建立微机系统整机概念，具备利用微机技术进行软、硬件开发的初步能力。学习本课程对于掌握现代计算机的基本概念和技术以及学习后续有关计算机课程(如计算机系统结构、操作系统、计算机网络、嵌入式系统等)均具有重要意义。本书是该课程使用的基本教材。
本书坚持“基础是根本”的教学理念，注重知识整合，精心选择课程的核心知识和关键技术。全书以80x86/Pentium 系列微型计算机为背景机，全面、系统地介绍了微型计算机的基本结构、工作原理及典型接口技术。全书从内容上可划分为四个知识单元：① 微型计算机的基本结构及工作原理；② 指令系统及汇编语言程序设计；③ I/O接口技术；④ 高性能微处理器及相关技术。学习本书的预备知识为数字电路及逻辑设计基础知识。
本书可供60-70学时的课堂教学使用，有些章节的内容可根据不同的教学要求进行适当取舍。每章后面列出的思考题与习题，主要供理解和复习本章基本内容而用，书后给出了部分习题的参考答案。
鉴于“微机原理与接口技术”课程是技术性、实践性较强的课程，因此在教学中应安排相应的实验及上机环节。关于这方面的内容，请参见第6章的介绍。
（1） 注重基础：坚持“基础是根本”的教学理念，强化知识整合，精心选择课程的核心知识和关键技术。
（2） 内容全面：全面、系统地介绍了现代微型计算机的基本组成、工作原理和典型接口技术，建立起包括四个核心知识单元和两个实践训练层次（汇编上机和接口实验）的科学合理的内容体系。
（3） 反映新技术：在注重讲解基本概念的同时，也十分注意反映微型计算机发展中的新知识、新技术，如新型总线技术、多核处理器技术，以及嵌入式系统与嵌入式处理器等。
（4） 激发创新：以能力培养为核心，注意启迪学生的自主学习潜能；在全书内容的安排上注重引导和激发学生的创新意识。
（5） 可读性强：语言精炼，叙述严谨，深入浅出，容易阅读。
本书配套的教学资源可以在清华大学出版社网站http://www.tup.com.cn免费下载。