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微型计算机原理与常用接口技术

中国水利水电出版社
    【作 者】黄同愿 等编著 【I S B N 】978-7-5084-4055-2 【责任编辑】郭东青 【适用读者群】本科 【出版时间】2006-10-01 【开 本】16开本 【装帧信息】平装(光膜) 【版 次】第1版 【页 数】32 【千字数】 【印 张】 【定 价】32 【丛 书】21世纪高等院校计算机系列教材 【备注信息】
图书详情

    全书共分11章,其中第1章到第10章主要讨论了计算机的基本组成原理和接口技术。内容包括了微机概述,数制和码制,指令系统和汇编语言程序设计,存储器系统,中断系统,DMA控制器和定时器,并行/串行进口技术,D/A(A/D)转换及接口以及总线技术等。在内容的组织中注意与目前先进的计算机技术相结合,对最新出现的计算机硬件技术进行了相应的介绍和说明。第11章主介绍了高性能计算机新技术,其中包括流水线技术、RISC、SIMD以及MMX、SSE(SSE2)等技术,对于读者了解和掌握最新的计算机技术提供了一些参考。

    本书内容丰富,图文并茂,语言流畅,通俗易懂,可操作性强。既可以作为理工科相关专业的教学用书,也可作为计算机工程技术人员的参考用书。

    本书是为计算机专业的学生以及从事计算机科学与技术工作的工程技术人员所编写的,同时也适合于非计算机专业的学生使用。本书从计算机基本原理讲起,由浅入深,循序渐进,力图贯彻简单易学的原则。

    在本书中,我们将计算机的组成和汇编程序设计作为基础知识进行讲解,在此基础上介绍了各种接口技术及其应用。通过对本书的学习,力求让读者对计算机的基本组成结构和相应的汇编程序设计及常见接口技术有一个基本的认识,并在此基础上达到设计硬件和软件的目的。

    初学者面对众多的计算机书籍,怎样选择一本适合自己在短时间内学习的课本呢?编者衷心地告诉读者朋友,请您选择本书吧!这是因为,在当今多如牛毛的计算机书籍中,很多书籍缺乏实用性、针对性和通俗易懂性。本书由资深计算机一线教师编著,结合多年的计算机教学经验,源于计算机教学特点和工作实际,在写作过程中,以初学者的身份和心理量身编写和安排了本书内容,同时列举了大量的具体实例。

    本书完全按照模块化方式,全面而又精炼地讲解了计算机基础、操作系统、办公自动化及计算机网络等内容。本书重点突出、主次分明、结构层次清晰、逻辑思维较强、语言通俗易懂。书中每一章都有内容提要、本章导读、课后练习,能使学习者很快掌握所有知识并能运用到实际工作和生活中去。

    本书的第1章到第10章讲解了计算机的基本组成原理和接口技术,着重阐述了构成一台计算机的基本原理、计算机结构及接口技术等,并力求与人们熟知的计算机结合。这部分的内容主要包括了微机概述、数制和码制,指令系统和汇编语言程序设计,存储器系统,中断系统,DMA控制器和定时/计数器,并行/串行接口技术,D/A(A/D)转换及接口及总线技术等。读者可以根据自己的情况有选择地对其中某些内容进行学习,比如第2、3章的内容对于已经学习过汇编语言程序设计的人就可以跳过,学习过数字电子技术的人也可以跳过书中的一些内容,有选择性地进行学习。

    第11章简单介绍了高性能计算机新技术,主要讨论了4部分内容:流水线技术、RISC、SIMD以及MMX、SSE(SSE2)。由于篇幅及内容限制,本书只是对它们的基本原理进行了介绍,目的是给读者指出计算机新技术,对于读者了解和掌握最新的计算机技术提供了一些参考。

    全书从基本的计算机组成原理出发,由浅入深地介绍了计算机基础硬件知识和汇编程序设计的相关知识,紧紧围绕应用程序实例,向读者展示了如何利用现有的计算机技术合理设计出相应的硬件平台并进行软件编程。

    另外,本书图文并茂、实例众多,且所举出的实例针对性强,分析透彻,突出了本书以实例为中心的特点。相信通过阅读本书,会加深读者对计算机组成原理和接口技术的理解,提高硬件设计能力和汇编语言程序开发能力。

    本书语言通俗易懂,内容丰富翔实,突出了以实例为中心的特点,既适合作为理工科学生学习计算机硬件基础知识的教学用书,同时也可以作为从事计算机科学与技术工作的工程技术人员的参考书。

    本书由黄同愿、甘利杰和刘涛等编著,冼进主审。参与本书编写工作的还有:邹素琼、彭芳、冼进、赵秋云、赵继军、彭艺、曲辉辉、周章、蒋波、徐留旺、曹振宇、张婷、温凌霜、鲁得翠、蒋泽平、魏乐、韩翔、程小英、谭小丽、卢丽娟、李小琼、周宏、罗吉、许翔燕、陈春、张忠、方小马、黄姹英、周明、宋晶、邓勇等,在此一并表示感谢!

    由于作者水平所限,加之计算机技术发展迅速,本教材的覆盖面广,书中错误和不妥之处在所难免,恳请读者批评指正。我们的联络方式:china_54@tom.com。

    我们为本书专门制作了电子教案,以方便老师课堂教学.

    编者

    2006年8月


    前言
    第1章 微型计算机的概述 1
    1.1 微机的发展概述 1
    1.1.1 微机硬件核心的发展 2
    1.1.2 微机软件的发展 3
    1.1.3 微机的特点 3
    1.2 计算机中的数制和码制 4
    1.2.1 数制 4
    1.2.2 数值转换 5
    1.2.3 码制 6
    1.3 微机系统的组成、结构与工作过程 8
    1.3.1 微机系统的组成与结构 8
    1.3.2 微机系统的工作过程 11
    1.4 8086/8088微处理器 11
    1.4.1 8086/8088微处理器 12
    1.4.2 存储器组织 15
    1.4.3 8086/8088 CPU工作模式及外部结构 16
    1.5 典型时序分析 23
    1.5.1 相关的基本概念 23
    1.5.2 典型的8088时序分析 24
    1.6 习题与思考题 29
    第2章 8086/8088的指令系统 30
    2.1 8086/8088微处理器的数据类型 30
    2.1.1 整数 30
    2.1.2 浮点数 31
    2.1.3 BCD码 33
    2.1.4 ASCII字符 33
    2.1.5 地址指针 34
    2.2 8086/8088指令格式 34
    2.2.1 指令的编码格式 35
    2.2.2 指令的书写格式 37
    2.3 8086/8088寻址方式 38
    2.3.1 非存储器操作数寻址 39
    2.3.2 存储器操作数寻址 39
    2.4 8086/8088指令系统 42
    2.4.1 数据传送指令 42
    2.4.2 算术运算指令 46
    2.4.3 逻辑运算和移位指令 50
    2.4.4 串操作类指令 53
    2.4.5 程序控制指令 56
    2.4.6 标志处理和CPU控制类指令 59
    2.5 习题与思考题 60
    第3章 汇编语言程序设计 62
    3.1 汇编语言的基本元素 62
    3.1.1 汇编语言的语句格式 62
    3.1.2 汇编语言的运算符 63
    3.1.3 表达式 65
    3.1.4 汇编语言程序汇编步骤 66
    3.2 伪指令 66
    3.2.1 定义数据伪指令 66
    3.2.2 符号定义伪指令EQU、=及PURGE 67
    3.2.3 段定义伪指令SEGMENT和ENDS 67
    3.2.4 设定段寄存器伪指令ASSUME 67
    3.2.5 定义过程的伪指令PROC和ENDP 68
    3.2.6 宏指令 69
    3.2.7 ORG伪指令 69
    3.2.8 汇编结束伪指令END 70
    3.3 汇编语言程序结构 70
    3.3.1 EXE文件的编程格式 70
    3.3.2 COM文件的编程格式 71
    3.3.3 EXE文件和COM文件的内存映像 72
    3.3.4 程序段前缀 72
    3.3.5 返回DOS的其他方法 73
    3.3.6 源程序堆栈的设置 75
    3.4 DOS系统功能调用与BIOS功能调用 75
    3.4.1 DOS系统功能调用 75
    3.4.2 BIOS功能调用 79
    3.4.3 文本方式BIOS屏显功能调用 80
    3.5 汇编程序设计 82
    3.5.1 简单程序设计 82
    3.5.2 分支程序设计 84
    3.5.3 循环程序设计 87
    3.5.4 子程序设计 90
    3.6 宏指令与条件汇编 94
    3.6.1 宏指令 95
    3.6.2 条件汇编 98
    3.7 习题与思考题 99
    第4章 存储器系统 101
    4.1 概述 101
    4.1.1 存储器分类 102
    4.1.2 存储器系统结构 102
    4.2 读、写存储器RAM 104
    4.2.1 静态RAM 104
    4.2.2 动态RAM 105
    4.3 只读存储器ROM 105
    4.4 存储器芯片与CPU的连接 106
    4.5 高速缓冲存储器Cache 110
    4.5.1 Cache的层次结构 111
    4.5.2 Cache的基本工作原理 112
    4.5.3 Cache的基本操作 113
    4.5.4 地址映射 113
    4.5.5 替换策略 115
    4.5.6 Pentium III中采用的Cache技术 116
    4.6 虚拟存储器 117
    4.6.1 主存—辅存层次结构 117
    4.6.2 虚拟存储器的基本概念 118
    4.6.3 页式虚拟存储器 119
    4.6.4 段式虚拟存储器 121
    4.6.5 段页式虚拟存储器 122
    4.7 高速缓冲存储器的接口 123
    4.7.1 高速缓冲存储器的特点 123
    4.7.2 高速缓冲存储器的体系结构 124
    4.8 习题与思考题 125
    第5章 中断系统 126
    5.1 输入/输出数据传输的控制方式 127
    5.1.1 输入/输出的一般概念 127
    5.1.2 程序方式 128
    5.1.3 中断方式 131
    5.1.4 DMA方式 134
    5.2 Intel x86微处理器实模式下的中断操作 135
    5.2.1 中断分类与中断类型码 135
    5.2.2 中断向量与中断向量表 136
    5.2.3 中断响应过程与时序 137
    5.3 中断控制器8259A 140
    5.3.1 8259A的结构及主要功能 140
    5.3.2 8259A的编程 143
    5.3.3 8259A的工作方式小结 147
    5.3.4 8259A的级联 150
    5.3.5 8259A在系统中的应用举例 152
    5.4 习题与思考题 154
    第6章 DMA控制器和定时/计数器 156
    6.1 DMA控制器Intel 8237 156
    6.1.1 DMA概述 156
    6.1.2 8237编程结构与工作原理 159
    6.1.3 DMAC 8237引脚功能 164
    6.1.4 8237工作方式 165
    6.1.5 8237的内部寄存器 166
    6.1.6 8237A在PC/XT机中的应用 170
    6.1.7 8237A在PC/AT机中的应用 172
    6.1.8 8237A的编程举例 173
    6.2 定时/计数器芯片Intel 8253 178
    6.2.1 定时与计数 178
    6.2.2 8253结构和工作原理 179
    6.2.3 8253工作方式 184
    6.2.4 8254编程及应用 190
    6.2.5 其他定时/计数芯片 192
    6.3 习题与思考题 198
    第7章 接口与并行通信 200
    7.1 I/O接口概述 200
    7.1.1 CPU与I/O接口 200
    7.1.2 I/O接口与系统的连接 201
    7.2 可编程并行接口芯片8255A 203
    7.2.1 并行通信与接口 203
    7.2.2 8255A编程结构 204
    7.2.3 8255A编程及应用 214
    7.3 习题与思考题 226
    第8章 串行接口与通信 228
    8.1 串行接口与通信概述 228
    8.1.1 串行通信接口 229
    8.1.2 串行通信规程 236
    8.1.3 通信总线标准 240
    8.2 可编程串行接口芯片8251A 248
    8.2.1 8251A基本性能 248
    8.2.2 8251A内部结构 249
    8.2.3 8251A引脚功能 251
    8.2.4 8251A编程 253
    8.2.5 8251A应用举例 258
    8.3 习题与思考题 264
    第9章 D/A、A/D转换与接口技术 266
    9.1 从物理信号到电信号的转换 266
    9.2 D/A转换器的一般工作原理 266
    9.3 数/模转换器芯片(DAC)及其接口技术 272
    9.3.1 D/A的性能参数和术语 272
    9.3.2 D/A芯片及其与CPU接口 274
    9.3.3 数/模转换器芯片和微处理器的接口需要注意的问题 281
    9.4 模/数转换芯片(ADC)及其接口技术 281
    9.4.1 采样和量化 281
    9.4.2 A/D的工作原理 282
    9.4.3 A/D的性能参数和术语 284
    9.4.4 A/D芯片及其与CPU接口 285
    9.4.5 模/数转换器芯片和微处理器的接口需要注意的问题 294
    9.5 习题与思考题 297
    第10章 总线技术 298
    10.1 总线标准与总线体系结构 298
    10.1.1 总线类型与结构 298
    10.1.2 总线控制方法 299
    10.2 PC总线 301
    10.2.1 ISA工业标准总线 302
    10.2.2 EISA扩展的工业标准结构总线 303
    10.2.3 VESA总线 304
    10.2.4 PCI总线 304
    10.2.5 加速图形端口 305
    10.3 系统总线 305
    10.4 通用串行接口标准 306
    10.4.1 通用串行接口USB 306
    10.4.2 1394接口 308
    10.5 高速总线 310
    10.5.1 PCI Express 310
    10.5.2 HyperTransport 310
    10.5.3 InfiniBand 313
    10.6 习题与思考题 316
    第11章 高性能计算机新技术简介 317
    11.1 流水线技术 317
    11.1.1 标量流水工作原理 317
    11.1.2 超流水线超标量方法 318
    11.1.3 超长指令字(VLIW)技术 318
    11.1.4 其他相关技术 319
    11.2 RISC、SIMD简介 320
    11.2.1 RISC技术 320
    11.2.2 SIMD技术 320
    11.3 MMX、SSE、SSE2技术 320
    11.3.1 MMX技术 320
    11.3.2 SSE技术 323
    11.3.3 SSE2技术 326
    11.4 习题与思考题 326
    参考文献 327

    前言
    第1章 微型计算机的概述 1
    1.1 微机的发展概述 1
    1.1.1 微机硬件核心的发展 2
    1.1.2 微机软件的发展 3
    1.1.3 微机的特点 3
    1.2 计算机中的数制和码制 4
    1.2.1 数制 4
    1.2.2 数值转换 5
    1.2.3 码制 6
    1.3 微机系统的组成、结构与工作过程 8
    1.3.1 微机系统的组成与结构 8
    1.3.2 微机系统的工作过程 11
    1.4 8086/8088微处理器 11
    1.4.1 8086/8088微处理器 12
    1.4.2 存储器组织 15
    1.4.3 8086/8088 CPU工作模式及外部结构 16
    1.5 典型时序分析 23
    1.5.1 相关的基本概念 23
    1.5.2 典型的8088时序分析 24
    1.6 习题与思考题 29
    第2章 8086/8088的指令系统 30
    2.1 8086/8088微处理器的数据类型 30
    2.1.1 整数 30
    2.1.2 浮点数 31
    2.1.3 BCD码 33
    2.1.4 ASCII字符 33
    2.1.5 地址指针 34
    2.2 8086/8088指令格式 34
    2.2.1 指令的编码格式 35
    2.2.2 指令的书写格式 37
    2.3 8086/8088寻址方式 38
    2.3.1 非存储器操作数寻址 39
    2.3.2 存储器操作数寻址 39
    2.4 8086/8088指令系统 42
    2.4.1 数据传送指令 42
    2.4.2 算术运算指令 46
    2.4.3 逻辑运算和移位指令 50
    2.4.4 串操作类指令 53
    2.4.5 程序控制指令 56
    2.4.6 标志处理和CPU控制类指令 59
    2.5 习题与思考题 60
    第3章 汇编语言程序设计 62
    3.1 汇编语言的基本元素 62
    3.1.1 汇编语言的语句格式 62
    3.1.2 汇编语言的运算符 63
    3.1.3 表达式 65
    3.1.4 汇编语言程序汇编步骤 66
    3.2 伪指令 66
    3.2.1 定义数据伪指令 66
    3.2.2 符号定义伪指令EQU、=及PURGE 67
    3.2.3 段定义伪指令SEGMENT和ENDS 67
    3.2.4 设定段寄存器伪指令ASSUME 67
    3.2.5 定义过程的伪指令PROC和ENDP 68
    3.2.6 宏指令 69
    3.2.7 ORG伪指令 69
    3.2.8 汇编结束伪指令END 70
    3.3 汇编语言程序结构 70
    3.3.1 EXE文件的编程格式 70
    3.3.2 COM文件的编程格式 71
    3.3.3 EXE文件和COM文件的内存映像 72
    3.3.4 程序段前缀 72
    3.3.5 返回DOS的其他方法 73
    3.3.6 源程序堆栈的设置 75
    3.4 DOS系统功能调用与BIOS功能调用 75
    3.4.1 DOS系统功能调用 75
    3.4.2 BIOS功能调用 79
    3.4.3 文本方式BIOS屏显功能调用 80
    3.5 汇编程序设计 82
    3.5.1 简单程序设计 82
    3.5.2 分支程序设计 84
    3.5.3 循环程序设计 87
    3.5.4 子程序设计 90
    3.6 宏指令与条件汇编 94
    3.6.1 宏指令 95
    3.6.2 条件汇编 98
    3.7 习题与思考题 99
    第4章 存储器系统 101
    4.1 概述 101
    4.1.1 存储器分类 102
    4.1.2 存储器系统结构 102
    4.2 读、写存储器RAM 104
    4.2.1 静态RAM 104
    4.2.2 动态RAM 105
    4.3 只读存储器ROM 105
    4.4 存储器芯片与CPU的连接 106
    4.5 高速缓冲存储器Cache 110
    4.5.1 Cache的层次结构 111
    4.5.2 Cache的基本工作原理 112
    4.5.3 Cache的基本操作 113
    4.5.4 地址映射 113
    4.5.5 替换策略 115
    4.5.6 Pentium III中采用的Cache技术 116
    4.6 虚拟存储器 117
    4.6.1 主存—辅存层次结构 117
    4.6.2 虚拟存储器的基本概念 118
    4.6.3 页式虚拟存储器 119
    4.6.4 段式虚拟存储器 121
    4.6.5 段页式虚拟存储器 122
    4.7 高速缓冲存储器的接口 123
    4.7.1 高速缓冲存储器的特点 123
    4.7.2 高速缓冲存储器的体系结构 124
    4.8 习题与思考题 125
    第5章 中断系统 126
    5.1 输入/输出数据传输的控制方式 127
    5.1.1 输入/输出的一般概念 127
    5.1.2 程序方式 128
    5.1.3 中断方式 131
    5.1.4 DMA方式 134
    5.2 Intel x86微处理器实模式下的中断操作 135
    5.2.1 中断分类与中断类型码 135
    5.2.2 中断向量与中断向量表 136
    5.2.3 中断响应过程与时序 137
    5.3 中断控制器8259A 140
    5.3.1 8259A的结构及主要功能 140
    5.3.2 8259A的编程 143
    5.3.3 8259A的工作方式小结 147
    5.3.4 8259A的级联 150
    5.3.5 8259A在系统中的应用举例 152
    5.4 习题与思考题 154
    第6章 DMA控制器和定时/计数器 156
    6.1 DMA控制器Intel 8237 156
    6.1.1 DMA概述 156
    6.1.2 8237编程结构与工作原理 159
    6.1.3 DMAC 8237引脚功能 164
    6.1.4 8237工作方式 165
    6.1.5 8237的内部寄存器 166
    6.1.6 8237A在PC/XT机中的应用 170
    6.1.7 8237A在PC/AT机中的应用 172
    6.1.8 8237A的编程举例 173
    6.2 定时/计数器芯片Intel 8253 178
    6.2.1 定时与计数 178
    6.2.2 8253结构和工作原理 179
    6.2.3 8253工作方式 184
    6.2.4 8254编程及应用 190
    6.2.5 其他定时/计数芯片 192
    6.3 习题与思考题 198
    第7章 接口与并行通信 200
    7.1 I/O接口概述 200
    7.1.1 CPU与I/O接口 200
    7.1.2 I/O接口与系统的连接 201
    7.2 可编程并行接口芯片8255A 203
    7.2.1 并行通信与接口 203
    7.2.2 8255A编程结构 204
    7.2.3 8255A编程及应用 214
    7.3 习题与思考题 226
    第8章 串行接口与通信 228
    8.1 串行接口与通信概述 228
    8.1.1 串行通信接口 229
    8.1.2 串行通信规程 236
    8.1.3 通信总线标准 240
    8.2 可编程串行接口芯片8251A 248
    8.2.1 8251A基本性能 248
    8.2.2 8251A内部结构 249
    8.2.3 8251A引脚功能 251
    8.2.4 8251A编程 253
    8.2.5 8251A应用举例 258
    8.3 习题与思考题 264
    第9章 D/A、A/D转换与接口技术 266
    9.1 从物理信号到电信号的转换 266
    9.2 D/A转换器的一般工作原理 266
    9.3 数/模转换器芯片(DAC)及其接口技术 272
    9.3.1 D/A的性能参数和术语 272
    9.3.2 D/A芯片及其与CPU接口 274
    9.3.3 数/模转换器芯片和微处理器的接口需要注意的问题 281
    9.4 模/数转换芯片(ADC)及其接口技术 281
    9.4.1 采样和量化 281
    9.4.2 A/D的工作原理 282
    9.4.3 A/D的性能参数和术语 284
    9.4.4 A/D芯片及其与CPU接口 285
    9.4.5 模/数转换器芯片和微处理器的接口需要注意的问题 294
    9.5 习题与思考题 297
    第10章 总线技术 298
    10.1 总线标准与总线体系结构 298
    10.1.1 总线类型与结构 298
    10.1.2 总线控制方法 299
    10.2 PC总线 301
    10.2.1 ISA工业标准总线 302
    10.2.2 EISA扩展的工业标准结构总线 303
    10.2.3 VESA总线 304
    10.2.4 PCI总线 304
    10.2.5 加速图形端口 305
    10.3 系统总线 305
    10.4 通用串行接口标准 306
    10.4.1 通用串行接口USB 306
    10.4.2 1394接口 308
    10.5 高速总线 310
    10.5.1 PCI Express 310
    10.5.2 HyperTransport 310
    10.5.3 InfiniBand 313
    10.6 习题与思考题 316
    第11章 高性能计算机新技术简介 317
    11.1 流水线技术 317
    11.1.1 标量流水工作原理 317
    11.1.2 超流水线超标量方法 318
    11.1.3 超长指令字(VLIW)技术 318
    11.1.4 其他相关技术 319
    11.2 RISC、SIMD简介 320
    11.2.1 RISC技术 320
    11.2.2 SIMD技术 320
    11.3 MMX、SSE、SSE2技术 320
    11.3.1 MMX技术 320
    11.3.2 SSE技术 323
    11.3.3 SSE2技术 326
    11.4 习题与思考题 326
    参考文献 327
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