微機原理與介面技術

本書全面而又系統地介紹了現代微型計算機的基本組成結構、工作原理和典型介面技術，主要內容包括數據在計算機中的表示形式、計算機/微型計算機的組成與結構、微處理器結構、指令系統與彙編語言程序設計、存儲器及其介面、輸入輸出及DMA技術、中斷系統、串并行通信及其介面電路、模擬介面、匯流排技術、80x86/Pentium保護模式的概念與技術、高性能微處理器的先進技術與典型結構等。本書內容精練，層次清楚，實用性強；在注重講解基本概念的同時，也十分注意反映微型計算機發展中的新知識、新技術。本書既可作為普通高等院校理工科各專業計算機基礎課程教材，也可作為自學考試和成人教育以及各類職業學校的教材。

第1章 數在計算機中的表示形式1

1.1 機器數與真值1

1.2 常見的機器數表示形式2

1.2.1 原碼2

1.2.2 補碼3

1.2.3 反碼4

1.2.4 原碼、補碼和反碼之間的轉換4

1.2.5 移碼錶示法5

1.2.6 4種機器數表示形式的比較和小結6

1.3 數的定點表示與浮點表示6

1.3.1 定點表示法6

1.3.2 浮點表示法7

1.4 二-十進位編碼10

1.4.1 二-十進位編碼特點10

1.4.2 8421碼10

1.5 二進位信息的計量單位11

習題112

第2章 計算機的基本結構與工作過程13

2.1 計算機的基本結構13

2.1.1 馮·諾依曼計算機基本結構13

2.1.2 計算機的基本組成框圖及功能部件簡介14

2.2 計算機的工作流程17

2.2.1 指令與程序17

2.2.2 計算機的基本工作流程18

2.3 計算機系統的組成21

2.3.1 硬體與軟體21

2.3.2 計算機系統的基本組成21

2.4 微型計算機的產生和發展22

2.4.1 世界上第一個微處理器和微型計算機的誕生22

2.4.2 微型計算機的發展階段22

2.5 微型計算機的分類及主要技術指標24

2.5.1 微型計算機的分類24

2.5.2 微型計算機的主要技術指標25

2.6 微型計算機的基本結構及系統組成26

2.6.1 微型計算機基本結構27

2.6.2 微型計算機的系統組成28

習題228

目 錄 微機原理與介面技術第3章 微處理器的編程結構30

3.1 微處理器的工作模式30

3.1.1 實模式31

3.1.2 保護模式31

3.1.3 虛擬8086模式31

3.2 微處理器的編程結構32

3.2.1 程序可見寄存器32

3.2.2 80x86/Pentium處理器的寄存器模型32

3.3 實模式下的存儲器定址37

3.3.1 實模式下的存儲器地址空間37

3.3.2 存儲器分段技術37

3.3.3 實模式下的存儲器定址38

3.3.4 堆棧42

3.4 實模式I/O地址空間43

習題344

第4章 定址方式與指令系統45

4.1 定址方式45

4.1.1 數據定址方式46

4.1.2 轉移地址定址方式52

4.2 指令編碼54

4.2.1 指令編碼格式54

4.2.2 指令編碼舉例57

4.3 8086指令系統57

4.3.1 數據傳送指令58

4.3.2 算術運算指令64

4.3.3 邏輯運算與移位指令76

4.3.4 串操作指令79

4.3.5 轉移指令83

4.3.6 處理器控制指令90

4.4 80286～Pentium指令系統91

習題491

第5章 彙編語言的基本語法93

5.1 彙編語言的特點93

5.2 彙編語言程序結構和基本語法94

5.2.1 示常式序94

5.2.2 基本概念95

5.2.3 指令語句101

5.2.4 偽指令語句104

5.2.5 結構與記錄111

5.2.6 宏指令113

5.2.7 簡化段定義116

5.3 ROM BIOS中斷調用和DOS系統功能調用117

5.3.1 ROM BIOS中斷調用117

5.3.2 DOS系統功能調用118

5.4 彙編語言程序的上機過程118

5.4.1 .exe文件的上機過程118

5.4.2 .com文件及其上機過程126

習題5128

第6章 彙編語言程序設計及應用132

6.1 彙編語言程序設計的基本方法132

6.1.1 程序設計的基本步驟132

6.1.2 程序的基本結構形式133

6.1.3 子程序設計135

6.2 彙編語言的編程應用137

6.2.1 I/O與通信137

6.2.2 聲音與時鐘138

6.2.3 樂曲程序139

6.2.4 鍵盤I/O143

6.2.5 滑鼠器編程145

6.2.6 圖形顯示148

6.3 Windows彙編語言程序設計簡介152

6.3.1 Windows API函數152

6.3.2 動態鏈接庫153

6.3.3 指令集選擇153

6.3.4 工作模式選擇153

6.3.5 函數的原型定義154

6.3.6 Windows應用程序的基本結構框架154

6.3.7 Win32彙編語言應用程序實例154

6.3.8 MASM 32彙編與連接命令156

6.4 高級彙編語言技術156

6.4.1 條件彙編156

6.4.2 庫的使用157

6.4.3 彙編語言與高級語言的混合編程158

習題6163

第7章 微處理器的內部結構及外部功能特性164

7.1 微處理器的內部結構164

7.1.1 匯流排介面單元BIU164

7.1.2 指令Cache與數據Cache165

7.1.3 超標量流水線結構165

7.1.4 動態轉移預測及轉移目標緩衝器BTB166

7.1.5 指令預取器和預取緩衝器168

7.1.6 指令解碼器169

7.1.7 執行單元EU169

7.1.8 浮點處理單元FPU169

7.1.9 控制單元CU170

7.2 微處理器的外部功能特性170

7.2.1 微處理器的外部引腳信號170

7.2.2 微處理器的匯流排時序175

習題7179

第8章 I/O介面與DMA技術181

8.1 I/O介面概述181

8.1.1 I/O介面的基本功能181

8.1.2 I/O介面的基本結構182

8.1.3 I/O埠的編址方式183

8.1.4 I/O介面的地址分配184

8.1.5 I/O介面的地址解碼及片選信號的產生185

8.1.6 I/O指令186

8.2 I/O控制方式186

8.2.1 程序控制方式187

8.2.2 中斷控制方式188

8.2.3 DMA方式189

8.3 DMA介面技術190

8.3.1 DMA控制器的基本功能190

8.3.2 DMA控制器的一般結構191

8.3.3 DMA控制器的工作方式192

8.3.4 DMA工作過程193

8.3.5 可編程DMA控制器8237194

習題8195

第9章 中斷系統196

9.1 基本概念196

9.1.1 中斷196

9.1.2 中斷響應和處理的一般過程197

9.1.3 中斷優先順序和中斷嵌套198

9.2 80x86實模式的中斷系統200

9.2.1 中斷的分類200

9.2.2 中斷向量表200

9.2.3 外部中斷203

9.2.4 內部中斷204

9.2.5 中斷響應和中斷處理過程206

9.3 可編程中斷控制器8259A209

9.3.1 8259A的引腳功能210

9.3.2 8259A的內部結構210

9.3.3 8259A的工作過程211

9.3.4 8259A的工作方式212

9.3.5 8259A的級聯使用214

9.3.6 8259A的控制字及編程使用216

9.3.7 8259A應用舉例221

9.4 中斷服務程序設計222

9.4.1 中斷服務程序的一般結構222

9.4.2 在中斷向量表中置入中斷向量223

9.4.3 中斷服務程序設計225

習題9226

第10章 并行通信及其介面電路228

10.1 可編程并行介面的組成及工作過程228

10.1.1 可編程并行介面的組成及其與CPU和外設的連接228

10.1.2 可編程并行介面的數據輸入輸出過程229

10.2 可編程并行通信介面8255A230

10.2.1 8255A的性能概要230

10.2.2 8255A晶元引腳分配及引腳信號說明230

10.2.3 8255A內部結構方塊圖231

10.2.4 8255A的控制字232

10.2.5 8255A的工作方式234

10.2.6 8255A的狀態字240

10.2.7 8255A應用舉例241

習題10244

第11章 串列通信及其介面電路247

11.1 串列通信247

11.1.1 串列通信的特點247

11.1.2 串列通信涉及的常用術語和基本概念248

11.2 串列通信介面標準253

11.2.1 RS-232C253

11.2.2 RS-485254

11.3 串列介面的基本結構與功能254

11.3.1 串列非同步介面的基本結構與功能255

11.3.2 串列同步介面的基本結構與功能256

11.4 可編程串列通信介面8251A257

11.4.1 USART257

11.4.2 8251A的基本功能和工作原理258

11.4.3 8251A對外介面信號260

11.4.4 8251A的編程263

11.4.5 8251A應用舉例267

習題11269

第12章 計數/定時技術271

12.1 概述271

12.2 可編程計數器/定時器8253272

12.2.1 8253的主要功能272

12.2.2 8253的結構框圖272

12.2.3 8253的引腳274

12.2.4 8253的工作方式274

12.2.5 8253的初始化編程279

12.2.6 8253的讀出操作283

12.3 8253的應用284

習題12286

第13章 存儲器及其介面288

13.1 概述288

13.1.1 存儲器的分類288

13.1.2 存儲器的性能指標289

13.1.3 存儲系統的層次結構290

13.1.4 內存儲器的基本結構及其數據組織292

13.2 半導體存儲器及其典型晶元293

13.2.1 可讀寫存儲器RAM294

13.2.2 只讀存儲器ROM306

13.3 存儲器介面技術313

13.3.1 存儲器與CPU連接時應考慮的問題313

13.3.2 存儲器介面中的片選控制314

13.3.3 存儲器擴展317

13.3.4 存儲器介面分析與設計舉例318

13.3.5 16位、32位、64位存儲器介面320

13.4 改進存儲器性能的相關技術323

13.4.1 雙埠存儲器323

13.4.2 并行主存系統324

13.5 高速緩存(Cache)326

13.5.1 Cache基本原理326

13.5.2 Cache的組織方式328

13.5.3 Cache控制器82385329

13.5.4 Cache的更新方式及替換演演算法333

13.6 虛擬存儲器335

13.6.1 虛擬存儲器的工作原理335

13.6.2 80x86的虛擬存儲技術337

習題13338

第14章 模擬介面340

14.1 模擬介面概述340

14.2 D/A轉換器341

14.2.1 D/A轉換器的工作原理341

14.2.2 D/A轉換器的主要技術指標344

14.2.3 D/A轉換器晶元345

14.2.4 D/A轉換器晶元與微處理器的介面347

14.2.5 D/A轉換器的應用348

14.3 A/D轉換器349

14.3.1 基本概念349

14.3.2 A/D轉換器的工作原理351

14.3.3 A/D轉換器的主要技術指標352

14.3.4 A/D轉換器晶元353

14.3.5 A/D轉換器晶元與微處理器的介面354

習題14357

第15章 匯流排技術359

15.1 概述359

15.1.1 匯流排359

15.1.2 匯流排的分類360

15.1.3 匯流排標準361

15.1.4 匯流排仲裁362

15.2 PCI匯流排363

15.2.1 概述363

15.2.2 PCI匯流排的系統結構及特點363

15.2.3 PCI匯流排的引腳信號365

15.3 USB匯流排367

15.3.1 USB概述367

15.3.2 USB的拓撲結構368

15.3.3 USB協議簡介369

15.4 高速匯流排介面IEEE 1394373

15.5 高速圖形埠AGP374

習題15376

第16章 80x86/Pentium保護模式的概念與技術377

16.1 保護模式概述377

16.2 保護模式的主要數據結構378

16.2.1 段描述符378

16.2.2 描述符表378

16.2.3 段選擇符379

16.3 保護模式的存儲器管理和地址轉換380

16.3.1 物理地址、線性地址與邏輯地址380

16.3.2 虛擬地址和虛擬地址空間381

16.3.3 虛擬地址空間的分段381

16.3.4 物理地址空間和虛實地址轉換382

16.3.5 段式地址轉換383

16.3.6 頁式地址轉換386

16.3.7 轉換旁視緩衝器TLB（快表）389

16.4 多任務和保護390

16.4.1 保護和特權級390

16.4.2 保護模式的中斷和異常392

16.5 虛擬8086模式394

習題16394

第17章 高性能微處理器的先進技術及典型結構396

17.1 高性能微處理器所採用的先進技術396

17.1.1 指令級并行396

17.1.2 超標量技術397

17.1.3 超長指令字結構398

17.1.4 超級流水線技術398

17.1.5 RISC技術399

17.2 高性能微處理器舉例401

17.2.1 64位處理器Alpha 21064401

17.2.2 Itanium處理器--IA-64架構的開放硬體平台403

17.3 多核處理器簡介405

17.3.1 複雜單處理器結構所遇到的挑戰405

17.3.2 多核處理器的出現405

17.3.3 多核處理器結構的主要特點406

17.4 現代PC主板典型結構407

17.4.1 晶元組、橋晶元及介面插座407

17.4.2 Pentium PC主板結構408

17.4.3 Pentium 4 PC主板的I/O組織結構409

習題17410附錄A 8086/8088指令編碼格式411附錄B DOS功能調用（INT 21H) 416附錄C BIOS中斷調用421附錄D 調試程序DEBUG的使用425部分習題參考答案429參考文獻444