计算机硬件技术基础

第1章 计算机基础知识1

1.1 计算机的产生1

1.2 微处理器发展概述2

1.2.1 4位微处理器2

1.2.2 8位微处理器2

1.2.3 16位微处理器3

1.2.4 32位微处理器3

1.3 微型计算机系统5

1.3.1 微型计算机的硬件组成5

1.3.2 微型计算机的软件组成7

1.4 计算机数制及算术运算8

1.4.1 数制及数制转换8

1.4.2 算术运算12

1.5 计算机数字电路17

1.5.1 逻辑代数17

1.5.2 门电路19

1.5.3 典型逻辑器件21

习题26

第2章 中央处理器29

2.1 CPU的功能和组成29

2.1.1 CPU的功能29

2.1.2 CPU的内部组成30

2.2 8086/8088的编程结构33

2.2.1 执行单元34

2.2.2 总线接口单元35

2.2.3 8086/8088的寄存器37

2.2.4 8086/8088的总线周期概念41计算机硬件技术基础（第2版）目录 2.3 8086/8088 CPU的引脚及其功能42

2.3.1 8086/8088的引脚信号42

2.3.2 8086/8088的最小模式44

2.3.3 8086/8088的最大模式47

2.4 8086/8088的存储器组织与I/O组织52

2.4.1 8086/8088的存储器组织52

2.4.2 8086/8088的I/O组织57

2.5 8086/8088的CPU时序57

2.5.1 总线读操作周期57

2.5.2 总线写操作周期60

2.5.3 空闲周期61

2.5.4 中断响应周期62

2.5.5 系统复位和启动64

2.6 典型CPU举例65

2.6.1 Intel 80486微处理器及体系结构65

2.6.2 多核微处理器技术70

习题73

第3章 存储器76

3.1 存储系统概述76

3.1.1 存储器的分类76

3.1.2 存储器的主要性能指标77

3.1.3 存储系统的层次结构78

3.2 半导体存储器介质80

3.2.1 随机存储器与只读存储器80

3.2.2 DDR、DDR II与DDR III80

3.3 主存储器83

3.3.1 主存储器的基本组成与结构84

3.3.2 主存储器的容量扩展87

3.3.3 存储器与CPU的连接88

3.3.4 高速缓冲存储器91

3.4 计算机中的内存管理93

3.4.1 DOS下的内存管理94

3.4.2 Windows下的内存管理94

3.5 外存储设备95

3.5.1 外存储设备概述95

3.5.2 硬盘存储器95

3.5.3 光盘存储器101

3.5.4 固态硬盘104

3.6 计算机中的文件管理107

习题110

第4章 8086汇编语言指令系统114

4.1 8086汇编语言指令语句格式114

4.2 操作数的寻址方式115

4.2.1 立即数寻址116

4.2.2 寄存器寻址116

4.2.3 直接寻址116

4.2.4 寄存器间接寻址117

4.2.5 相对寄存器间接寻址119

4.3 堆栈与堆栈操作121

4.4 8086指令系统124

4.4.1 数据传送指令124

4.4.2 算术运算指令130

4.4.3 逻辑运算和移位指令136

4.4.4 串操作指令140

4.4.5 控制转移指令142

4.4.6 中断指令146

4.4.7 DOS和BIOS调用147

4.4.8 处理器控制指令151

4.5 指令系统的发展151

4.5.1 对指令系统的要求151

4.5.2 CISC与RISC152

习题153

第5章 汇编语言程序设计158

5.1 概述158

5.2 汇编语言源程序的基本结构和语法159

5.2.1 常用伪指令160

5.2.2 简化段定义伪指令167

5.2.3 常量、变量和标号168

5.2.4 表达式169

5.3 汇编语言程序设计173

5.3.1 结构化程序设计173

5.3.2 EXE文件和COM文件176

5.3.3 汇编语言与高级语言的接口177

习题180

第6章 I/O接口和总线184

6.1 输入输出接口基本知识184

6.1.1 接口技术的基本知识184

6.1.2 输入输出传送方式186

6.1.3 I/O端口的寻址方式194

6.1.4 I/O接口读写194

6.1.5 串行接口和并行接口195

6.2 总线198

6.2.1 总线的概念198

6.2.2 总线分类及特性199

6.2.3 总线的性能指标205

6.2.4 总线结构对计算机系统性能的影响206

6.2.5 ICH和MCH（GMCH）206

习题208

第7章 中断系统211

7.1 中断的概念211

7.1.1 中断源211

7.1.2 中断过程212

7.1.3 中断优先级及嵌套214

7.2 8086/8088中断系统214

7.3 中断控制器8259A218

7.3.1 8259A的引脚功能218

7.3.2 8259A的内部结构219

7.3.3 8259A的命令字222

7.3.4 8259A级联224

7.3.5 用8259A实现中断控制226

习题233

第8章 DMA控制器及其应用237

8.1 DMA控制器（DMAC）的功能237

8.2 DMA控制器8237的原理及应用238

8.2.1 引脚及功能238

8.2.2 工作时序240

8.2.3 工作方式241

8.2.4 内部寄存器243

8.2.5 8237的寻址及连接247

8.2.6 初始化250

习题252

第9章 典型接口芯片254

9.1 并行接口芯片8255A254

9.1.1 并行通信和并行接口254

9.1.2 8255A的内部结构和引脚信号255

9.1.3 8255A的控制字257

9.1.4 8255A的工作模式260

9.1.5 8255A的应用269

9.2 串行通信与串行接口8251A275

9.2.1 串行接口与串行通信275

9.2.2 8251A的基本工作原理283

9.3 8253可编程计数器/定时器300

9.3.1 概述300

9.3.2 可编程计数器/定时器的原理301

9.3.3 可编程计数器/定时器8253的引脚信号和编程结构302

9.3.4 8253的工作模式 308

9.3.5 可编程计数器/定时器8253编程实例315

习题318

第10章 模数（A/D）和数模（D/A）转换321

10.1 概述321

10.2 A/D转换器322

10.2.1 模数转换的基本原理322

10.2.2 模数转换的主要技术指标325

10.2.3 A/D转换器ADC0809的结构及引脚326

10.3 D/A转换器332

10.3.1 数模转换的基本原理332

10.3.2 D/A转换器的主要性能参数334

10.3.3 8位D/A转换器DAC0832335

10.4 计算机中的ADC/DAC应用——声卡Codec337

10.4.1 Codec简介337

10.4.2 声卡Codec的主要技术参数337

10.4.3 常见的声卡Codec338

习题342

第11章 嵌入式处理器与嵌入式系统344

11.1 基本概念344

11.1.1 嵌入式系统的定义344

11.1.2 两种存储体系结构——冯·诺依曼结构与哈佛结构344

11.1.3 两种指令系统结构——CISC和RISC346

11.2 嵌入式处理器348

11.2.1 嵌入式处理器现状348

11.2.2 嵌入式处理器分类348

11.2.3 主流嵌入式处理器的介绍351

11.2.4 嵌入式处理器的发展趋势359

11.3 嵌入式操作系统360

11.3.1 嵌入式操作系统的概念360

11.3.2 嵌入式操作系统的分类360

11.3.3 主流嵌入式操作系统的介绍362

11.3.4 嵌入式操作系统的发展趋势366

习题368

附录A ASCII编码表370

参考文献371

本书系统地介绍了微型计算机体系中的硬件组成知识和技术应用，主要内容包括计算机基础知识、中央处理器、存储器、汇编语言及程序设计、I/O接口总线技术、中断系统、DMA控制器及应用、典型接口芯片（包括8255A、8251A和8253) 、模数(A/D)和数模(D/A)转换器、嵌入式处理器与嵌入式操作系统等。为了增强读者对基本概念和理论知识的理解，本书第2版在内容取舍上沿用了第1版的编写风格，尽可能做到少而精，除保留了基本的8086/8088系统的理论外，又增加了微处理器、存储器、总线和模数转换等最新软硬件技术的知识。在内容安排上由浅入深，并给出了大量的图例和程序实例。配套的实验指导教材还给出了创新实验的内容和仿真软件的实训操作过程。本套教材也提供了用于自主学习的习题和习题解答。本书的主要目的是使读者获得计算机硬件技术方面的基础知识、基本思想、学习方法和应用技能，培养读者熟悉使用硬件与软件相结合的方法和工具，以及分析解决本专业及相关专业领域问题的思维方法和实践能力。本书可作为高等学校非计算机本科、专科各专业的“计算机硬件技术基础”、“计算机组成原理及应用”、“计算机接口技术”的教学用书，也可作为研究生的自学用书，还可以作为从事计算机应用开发的科技人员的参考用书。

成果性，作为计算机硬件技术课程的教学改革成果，《计算机硬件技术基础(第2版)》突出计算机应用能力培养。引入自主学习和创新研究的现代信息化手段，建立了同步的E-Learning实验教学课程平台。该平台已获得辽宁省教学成果一等奖。前沿性，扩充了现代计算机硬件知识，增加多核处理器、主板体系结构、芯片组和嵌入式微处理器等内容，为读者跟踪前沿技术提供理论支持。模块化，按照模块化的计算机硬件知识点组织章节结构，层次分明。读者可以根据需要进行阅读和练习，对于具有一定硬件基础知识的读者，可以跨章节学习。实用性，各个章节都列举了大量的实例和实用技术。读者可以边学习边实践，学完每章节后，都将会有一定的收获和提高。为了保证读者对知识的深入学习，我们编写了配套的习题集和实验指导书，以帮助读者理解和掌握相关内容。