努力追蹤微機(jī)快速發(fā)展的歷程，反映計(jì)算機(jī)科技的最新成果。

以應(yīng)用為目的，刪繁就簡(jiǎn)，突出重點(diǎn)，內(nèi)容少而精；加強(qiáng)基本概念、基本分析方法、基本技術(shù)手段的闡述；密切結(jié)合計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)際。

努力貫徹啟發(fā)式教學(xué)原則，使邏輯線索簡(jiǎn)明、清晰、合理；物理概念清楚，深入淺出；語(yǔ)言生動(dòng)流暢，通俗易懂。

注重實(shí)踐技能和分析問題解決問題能力的培養(yǎng)。

圖表精選，說(shuō)明性強(qiáng)。

前 言

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展到今天，單純的微機(jī)操作技能可以說(shuō)接近普及了，單純的軟件編程技能學(xué)習(xí)已難以適應(yīng)廣泛的社會(huì)需求。因此，軟硬件結(jié)合的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)人才供不應(yīng)求。微型機(jī)迅速普及和發(fā)展，幾乎每隔幾年就有一個(gè)重大變化，最近十年更是處于加速發(fā)展階段。目前微型機(jī)的性能已達(dá)到或超過以前的大中型機(jī)，廣泛應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理與通信、辦公自動(dòng)化、工程控制、輔助系統(tǒng)、仿真等領(lǐng)域，也給本書的編寫帶來(lái)了巨大困難。

“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”是高等院校工科電子類和信息類各專業(yè)，特別是涉及單片機(jī)、嵌入式等芯片級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的各類專業(yè)大學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。

學(xué)習(xí)本課程后，學(xué)生可以理解和掌握微型計(jì)算機(jī)的基本組成、工作原理、各類接口部件的功能、如何構(gòu)建微機(jī)系統(tǒng)等方面的知識(shí)，并具備微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力。

為了給讀者奉獻(xiàn)一本高質(zhì)量的教材，我們按照本科教學(xué)大綱的要求和教學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行編寫并努力堅(jiān)持以下原則：

（1）努力追蹤微機(jī)快速發(fā)展的歷程，反映計(jì)算機(jī)科技的最新成果。

（2）以應(yīng)用為目的，刪繁就簡(jiǎn)，突出重點(diǎn)，內(nèi)容少而精；加強(qiáng)基本概念、基本分析方法、基本技術(shù)手段的闡述；密切結(jié)合計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)際。

（3）努力貫徹啟發(fā)式教學(xué)原則，使邏輯線索簡(jiǎn)明、清晰、合理；物理概念清楚，深入淺出；語(yǔ)言生動(dòng)流暢，通俗易懂。“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”類的教材甚多，鑒于計(jì)算機(jī)科技的深?yuàn)W，本書為降低其難度，在語(yǔ)言描述上下了很大功夫，在很多環(huán)節(jié)的理論闡述上另辟蹊徑，如尋址方式、Cache與主存內(nèi)容替換的算法、地址映像及變換、內(nèi)存管理的虛擬模式等，并注重典型電路和芯片的介紹。

（4）注重實(shí)踐技能和分析問題解決問題能力的培養(yǎng)。

（5）圖表精選，說(shuō)明性強(qiáng)。

本書共分為13章，主要內(nèi)容如下：

第1章介紹計(jì)算機(jī)的分類及應(yīng)用、微型計(jì)算機(jī)的基本組成、微型計(jì)算機(jī)中的數(shù)制轉(zhuǎn)換、數(shù)和字符的編碼等。

第2章介紹CPU。由于計(jì)算機(jī)科技的飛速發(fā)展，CPU的結(jié)構(gòu)和工作原理越來(lái)越復(fù)雜，為此，我們從最簡(jiǎn)單、最容易說(shuō)明其工作原理的典型芯片8086/8088微處理器說(shuō)起，然后敘述了CPU發(fā)展的輝煌歷程，討論了CPU發(fā)展的潮流（如超標(biāo)量流水線技術(shù)、指令分支預(yù)測(cè)技術(shù)、Pentium Pro的亂序執(zhí)行、RISC、SIMD，以及MMX、SSE（SSE2）、雙核與多核、64位新體系等新理論和新技術(shù)等）和未來(lái)。再者，當(dāng)前在測(cè)量?jī)x器、小家電、簡(jiǎn)單工業(yè)控制等諸多場(chǎng)合，采用的芯片也多是8086/8088一類或相當(dāng)?shù)膯纹瑱C(jī)系列，可見掌握8086/8088系列CPU的知識(shí)仍有應(yīng)用價(jià)值。

第3章討論微型計(jì)算機(jī)的尋址方式和指令系統(tǒng)。

第4章討論匯編語(yǔ)言初步。

第5章討論總線與主板，介紹了總線與主板結(jié)構(gòu)的新變化和新技術(shù)。

第6章討論存儲(chǔ)器及管理模式，介紹了USB 2.0和移動(dòng)存儲(chǔ)等新技術(shù)。

第7章討論中斷技術(shù)，介紹了PCI中斷等新技術(shù)。

第8章概述微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)，并討論直接存儲(chǔ)器訪問技術(shù)。從實(shí)踐的角度介紹了常用微機(jī)外部實(shí)用接口，討論了USB接口、IEEE 1394串行接口、SCSI接口、SATA接口和PCI接口等新技術(shù)。

第9章討論并行通信及接口芯片。

第10章討論串行數(shù)據(jù)接口。

第11章討論8253可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。

第12章討論數(shù)/模、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器及其與CPU的接口。

第13章討論計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，并簡(jiǎn)單介紹了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。為了加強(qiáng)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，本書配有《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)及習(xí)題指導(dǎo)》。

本書由何超主編，各章編寫分工如下：第1章由鐘健編寫，第2章由何超、鐘健編寫，第3章由何超、孔令美編寫，第4章由田桂豐編寫，第5章由徐昊、何超編寫，第6章由徐昊、何超編寫，第7章由何超、孔令美編寫，第8章由何超、鐘桂鳳編寫，第9～12章由何超、龍君芳、張艷紅編寫，第13章由陳友拾、何超編寫。

限于編者的水平，書中錯(cuò)誤和不妥之處在所難免，敬請(qǐng)廣大讀者和專家批評(píng)指正。

編 者

2012年7月

前言

第1章 概述 1
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 1
1.1 計(jì)算機(jī)的分類及應(yīng)用 1
1.1.1 計(jì)算機(jī)的分類 1
1.1.2　計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍 3
1.2 計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況 5
1.2.1　計(jì)算機(jī)的發(fā)展 5
1.2.2　微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展 7
1.3 微型計(jì)算機(jī)的基本組成 9
1.3.1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 9
1.3.2 微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng) 9
1.3.3 微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng) 11
1.4 微型計(jì)算機(jī)中數(shù)的編碼和字符的表示 11
1.4.1　進(jìn)位計(jì)數(shù)制 11
1.4.2　進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換 13
1.4.3　無(wú)符號(hào)數(shù)和帶符號(hào)數(shù) 16
1.4.4 定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù) 19
1.4.5　計(jì)算機(jī)中的編碼 21
本章小結(jié) 23
習(xí)題一 23
第2章 微處理器 26
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 26
2.1 微處理器概述 26
2.1.1 CPU的基本概念 26
2.1.2 CPU的功能 27
2.1.3 CPU的組成 27
2.1.4 指令系統(tǒng) 29
2.1.5 CPU的構(gòu)架和封裝方式 30
2.1.6 CPU主要技術(shù)參數(shù) 31
2.1.7 CPU主流技術(shù)術(shù)語(yǔ)淺析 33
2.1.8 微型計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器組織 36
2.2 8086/8088微處理器 39
2.2.1 8086的編程結(jié)構(gòu) 39
2.2.2 8086的工作模式和引腳功能 44
2.2.3 8086的總線時(shí)序 51
2.2.4 8086的總線控制權(quán) 55
2.3 典型的CPU及其發(fā)展歷程 57
2.3.1 Intel CPU 57
2.3.2 AMD CPU 61
2.3.3 龍芯CPU 63
2.4 CPU的潮流與未來(lái) 64
本章小結(jié) 65
習(xí)題二 66
第3章 微型計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng) 68
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 68
3.1 8086/8088處理器的尋址方式 68
3.1.1 與數(shù)據(jù)有關(guān)的尋址方式 68
3.1.2 程序轉(zhuǎn)移地址的尋址方式之一
——JMP無(wú)條件跳轉(zhuǎn)指令 74
3.2 8086/8088處理器的指令系統(tǒng) 77
3.2.1 數(shù)據(jù)傳送指令 77
3.2.2 算術(shù)運(yùn)算指令 80
3.2.3 邏輯運(yùn)算指令 84
3.2.4 移位指令 85
3.2.5 串操作指令 86
3.2.6 控制轉(zhuǎn)移指令 88
3.2.7 循環(huán)指令 90
3.2.8 過程調(diào)用和返回指令 90
3.2.9 中斷指令 91
3.2.10 處理機(jī)控制指令 91
3.3 32位新增指令簡(jiǎn)介 92
本章小結(jié) 93
習(xí)題三 93
第4章 匯編語(yǔ)言及匯編程序設(shè)計(jì) 96
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 96
4.1 匯編語(yǔ)言概述 96
4.1.1 匯編語(yǔ)言 96
4.1.2 匯編環(huán)境介紹 97
4.1.3 匯編語(yǔ)言上機(jī)過程 97
4.2 匯編語(yǔ)言標(biāo)識(shí)符、表達(dá)式及運(yùn)算符 98
4.2.1 匯編語(yǔ)言語(yǔ)句格式 98
4.2.2 匯編語(yǔ)言標(biāo)識(shí)符 98
4.2.3 表達(dá)式和運(yùn)算符 99
4.3　偽指令和宏指令 99
4.3.1 數(shù)據(jù)定義偽指令 100
4.3.2 符號(hào)定義語(yǔ)句 102
4.3.3 段定義偽操作 103
4.3.4 過程定義偽指令 103
4.4 系統(tǒng)功能調(diào)用 104
4.4.1 系統(tǒng)功能調(diào)用概述 104
4.4.2 基本I/O調(diào)用 105
4.4.3 程序舉例 105
4.5 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)舉例 106
4.6 匯編與C/C++接口 109
4.6.1 高級(jí)語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的接口需要
解決的問題 110
4.6.2 C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的接口 110
本章小結(jié) 110
習(xí)題四 111
第5章 總線和主板 116
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 116
5.1 總線基本概念 116
5.1.1 總線和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu) 116
5.1.2 總線分類和性能指標(biāo) 119
5.2 總線工作原理 122
5.2.1 總線的控制 122
5.2.2 數(shù)據(jù)傳送 122
5.2.3 總線仲裁 124
5.2.4 總線驅(qū)動(dòng)和其他控制 126
5.3 微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn) 126
5.3.1 系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn) 126
5.3.2 常見系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn) 127
5.3.3 其他總線 133
5.4 認(rèn)識(shí)主板 140
5.5 主板結(jié)構(gòu) 142
5.6 主板控制芯片組 143
5.6.1 概念及結(jié)構(gòu) 143
5.6.2 流行芯片組 145
5.6.3 BIOS與CMOS 148
5.7 主板發(fā)展趨勢(shì) 148
5.7.1 主板結(jié)構(gòu)的新變化 148
5.7.2 主板總線速度的提升 149
5.7.3 主板超頻穩(wěn)定性能的成熟 149
5.7.4 主板安全穩(wěn)定性能的增強(qiáng) 150
5.7.5 主板方便性能的提高 150
5.7.6 主板能源功能的改進(jìn) 151
5.7.7 整合技術(shù)日新月異 152
本章小結(jié) 152
習(xí)題五 153
第6章 存儲(chǔ)器 156
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 156
6.1 存儲(chǔ)器的概念、分類和要素 156
6.1.1 簡(jiǎn)介 156
6.1.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類 157
6.1.3 選擇存儲(chǔ)器件的考慮因素 158
6.2 內(nèi)存儲(chǔ)器 161
6.2.1 隨機(jī)讀/寫存儲(chǔ)器（RAM）基本
結(jié)構(gòu) 161
6.2.2 靜態(tài)RAM（SRAM） 163
6.2.3 動(dòng)態(tài)RAM（DRAM） 166
6.2.4 幾種新型的RAM技術(shù)及芯片類型 168
6.3 高速緩沖存儲(chǔ)器 169
6.3.1 高速緩沖存儲(chǔ)器Cache的由來(lái) 169
6.3.2 Cache的命中率 169
6.4 只讀存儲(chǔ)器 170
6.4.1 掩膜式ROM 170
6.4.2 可編程的ROM 172
6.4.3 可擦除可編程的ROM 172
6.4.4 電可擦可編程的ROM 173
6.4.5 閃速存儲(chǔ)器 174
6.5 IBM-PC/XT中的存儲(chǔ)器、擴(kuò)展存儲(chǔ)器
及其管理 179
6.5.1 內(nèi)存條的構(gòu)成和空間的分配 179
6.5.2 ROM子系統(tǒng) 181
6.5.3 RAM子系統(tǒng) 183
6.5.4 存儲(chǔ)器的管理 184
6.6 外存儲(chǔ)器 186
6.6.1 軟盤 186
6.6.2 硬盤 187
6.6.3 電子硬盤 188
6.6.4 光盤 189
6.6.5 移動(dòng)存儲(chǔ)器 191
6.6.6 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ) 192
6.7 CPU與存儲(chǔ)器的連接 193
6.7.1 CPU與存儲(chǔ)器連接時(shí)應(yīng)注意的問題 193
6.7.2 存儲(chǔ)器片選信號(hào)的產(chǎn)生方式和譯碼
電路 193
6.7.3 CPU與存儲(chǔ)器的連接 195
本章小結(jié) 200
習(xí)題六 201
第7章 中斷系統(tǒng) 204
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 204
7.1 中斷系統(tǒng)基本概念 204
7.1.1 中斷的概念和作用 204
7.1.2 中斷的分類 205
7.2 中斷的全過程 207
7.2.1 中斷請(qǐng)求與中斷屏蔽 208
7.2.2　中斷識(shí)別與中斷優(yōu)先級(jí)的管理 210
7.2.3 中斷服務(wù)的過程 213
7.3 中斷向量及其操作 215
7.3.1 中斷向量的設(shè)置 215
7.3.2 中斷向量的修改 216
7.3.3 中斷類型號(hào)的獲取 217
7.4 Intel 8259A可編程中斷控制器 217
7.4.1 8259A的框圖和引腳 217
7.4.2 中斷觸發(fā)方式和中斷響應(yīng)過程 220
7.4.3 8259A工作方式 222
7.4.4 屏蔽中斷源的方式 223
7.4.5 結(jié)束中斷處理的方式 224
7.4.6 中斷級(jí)聯(lián)方式 225
7.4.7 8259A初始化命令字和操作方式
命令字 226
7.4.8 8259A在以80x86為CPU的計(jì)算
機(jī)中的應(yīng)用 233
本章小結(jié) 235
習(xí)題七 236
第8章 微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)概述和直接
存儲(chǔ)器訪問 238
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 238
8.1 微機(jī)接口的基礎(chǔ)知識(shí) 238
8.1.1 微型計(jì)算機(jī)接口概念、類型及功能 238
8.1.2 I/O接口的編址方式 240
8.2 CPU和外部設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸方式及匯
編語(yǔ)言指令格式 243
8.2.1 程序控制方式 243
8.2.2 中斷傳送方式 246
8.2.3 直接存儲(chǔ)器訪問（DMA）方式 247
8.2.4 I/O處理機(jī)方式 247
8.3 輸入/輸出接口邏輯電路的地址譯碼 247
8.3.1 I/O端口地址譯碼 247
8.3.2 Intel CPU的I/O時(shí)序 251
8.3.3 I/O保護(hù) 251
8.4 DMA傳送和DMA控制器8237 253
8.4.1 DMA概述 253
8.4.2 可編程DMA控制器Intel 8237 254
8.5 硬盤接口和常見微型計(jì)算機(jī)外部接口 267
8.5.1 常見微型計(jì)算機(jī)外部實(shí)用接口 267
8.5.2 硬盤接口 270
本章小結(jié) 274
習(xí)題八 274
第9章 并行通信及接口芯片 277
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 277
9.1 并行通信的概念與簡(jiǎn)單并行接口 277
9.1.1 并行通信的概念 277
9.1.2 簡(jiǎn)單并行接口 277
9.1.3 簡(jiǎn)單并行口芯片8212 278
9.2 可編程并行接口芯片8255A 280
9.2.1 8255A的結(jié)構(gòu)框圖 280
9.2.2 8255A的控制字 282
9.3 并行接口芯片8255A應(yīng)用舉例 288
9.3.1 PC機(jī)系統(tǒng)板上的8255A 288
9.3.2 PC/XT機(jī)中的并行打印機(jī)接口電路 290
9.3.3 PC/XT機(jī)中的微型計(jì)算機(jī)與鍵盤
的接口 295
9.3.4 8255A與32位CPU連接 298
本章小結(jié) 300
習(xí)題九 300
第10章 串行數(shù)據(jù)接口 303
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 303
10.1 串行通信概述 303
10.1.1 串行通信的概念 303
10.1.2 串行通信的連接方式 305
10.1.3 同步通信和異步通信 306
10.2 串行接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232C和可編程串行
接口芯片8251A 308
10.2.1 串行接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232C 308
10.2.2 一般串行通信接口常見的幾種
連接方式 312
10.3 串行接口芯片 315
10.3.1 串行接口芯片UART和USART 315
10.3.2 可編程串行接口芯片8251A 315
本章小結(jié) 326
習(xí)題十 326
第11章 8253可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 328
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 328
11.1 概述 328
11.1.1 8253的結(jié)構(gòu)框圖 328
11.1.2 8253的引腳 329
11.2 8253的編程控制字和工作方式 330
11.2.1 8253的控制字 330
11.2.2 8253的工作方式 331
11.2.3 8253的讀操作 335
11.2.4 PC/XT機(jī)中8253的應(yīng)用 336
本章小結(jié) 336
習(xí)題十一 336
第12章 數(shù)/模、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器及其與CPU的
接口 338
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 338
12.1 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器及其與CPU的接口 338
12.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理及其轉(zhuǎn)換
特性 338
12.1.2 D/A芯片的性能參數(shù)和術(shù)語(yǔ) 339
12.1.3 DAC和微處理器接口中需要考慮
的問題 340
12.1.4 D/A芯片簡(jiǎn)介 340
12.1.5 DAC與微處理器接口實(shí)例 341
12.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器及其與CPU的接口 344
12.2.1 采樣、量化和編碼 344
12.2.2 A/D的性能參數(shù)和術(shù)語(yǔ) 345
12.2.3 A/D與CPU接口中應(yīng)注意的問題 345
12.2.4 A/D芯片簡(jiǎn)介 346
12.2.5 A/D與微處理器接口實(shí)例 347
本章小結(jié) 348
習(xí)題十二 348
第13章 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備簡(jiǎn)介 350
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 350
13.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述 350
13.1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介 350
13.1.2 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 354
13.1.3 網(wǎng)絡(luò)地址 357
13.2 為主機(jī)入網(wǎng)和訪問網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)的
DHCP和DNS 360
13.2.1 DHCP服務(wù)器的作用及原理 361
13.2.2 DNS的作用及原理 364
13.3 常見網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 368
13.3.1 網(wǎng)卡 368
13.3.2 以太網(wǎng)中網(wǎng)卡的應(yīng)用 370
13.3.3 集線器 372
13.3.4 交換機(jī) 373
13.3.5 路由器 374
本章小結(jié) 381
習(xí)題十三 381
附錄1 虛地址保護(hù)方式詳述 384
附錄2 ASCII碼表 416
附錄3 Pentium指令系統(tǒng)一覽表 417
附錄4 DOS功能調(diào)用 423

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19. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)教程 [主編 張浩軍 趙玉娟]
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26. C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第二版） [主編 甄增榮 田云霞]
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