计算机硬件技术基础（第三版）

第三版前言

时光更迭，历史嬗递，时至今日，计算机技术一如继往地飞速发展，进入“十一五”，我国科技、经济和社会发展对高等学校计算机基础教育提出了更高、更新的要求。社会信息化不断向纵深发展，各行各业的信息化进程不断加速。用人单位对大学毕业生的计算机能力要求有增无减，社会的信息化对大学生的信息素质也提出了更高的要求。高等学校计算机基础教学需要不断更新教育理念，深化教学改革，提高教学质量。

教育部决定制订“普通高等教育‘十一五’国家级教材”规划，加强教材建设，确保高质量教材进课堂。并要求编写具有不同风格和特色的、反映当代科学技术、文化的最新成就的、在内容和体系上有明显特色的高质量的教材，保证内容的思想性和科学性，以适应不同层次、不同类型院校对教材的需求。

《计算机硬件技术基础（第三版）》是作者在《计算机硬件技术基础（第二版•Pentium版）》（2003年3月出版）的基础上，根据我国高等院校计算机基础教育的发展形势及教育部“高等学校计算机科学与技术教学指导委员会非计算机专业计算机基础课程教学指导分委员会”《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见》（俗称“白皮书”）的要求，并借鉴《中国高等院校计算机基础教育课程体系2006》（俗称“蓝皮书”）的相关内容编写而成的，其内容基本满足大学生所必需的硬件技术知识。作者曾任教育部高等学校本科工科计算机课程教学指导委员会委员，对我国计算机基础教育改革有深刻的理解，具备几十年教学经验，经过精心组织、精心安排，与天津大学执教多年的一线教师倾心合作编写而成本书。

本教材既保留了《计算机硬件技术基础（第二版•Pentium版）》教学内容的基础性、知识性、先进性、系统性的特点，又切实注意到了我国学生的认知习惯和教师的教学习惯。在教学内容的安排上由浅入深、循序渐进，先从16位的微处理器介绍开始，使学生有一个完整的微处理器概念；然后再过渡到32位的微处理器，并且在过渡的过程中，尽可能地将16位的知识与32位的知识进行对比，然后进行延伸，最终平滑地进入32位微处理器领域。

由于计算机发展神速，微机领域内的新技术、新知识日新月异。作者以科学发展观，以尽可能通俗的语言，把本教材编写成能反映微机领域内的新技术、新知识的高质量、有特色的教材。本书反映的是当代微机领域内的最新成就，是世界先进的微机知识。

作者以为本书中的第3章32位微处理器、第6章存储器及管理技术、第7章中断、第8章总线技术是本书的核心内容，是重点和难点。只要把核心知识、核心内容学完，学生在校期间就掌握了目前微机领域内的最先进的知识和微机的发展趋势。第4章指令系统、第5章汇编语言与程序设计、第9章输入输出接口与控制和第10章常用输入输出设备及接口是微型计算机的应用基础。第11章高档微处理器，则是把微机技术的发展呈现给读者，使他们对微机技术的认知达到目前世界的先进水平。

《计算机硬件技术基础（第三版）》教材，是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，是自2000年第1版后的二次改版，是落实教育部对“十一五”国家级规划教材的要求，适应不同层次、不同类型院校对教材的需求。本教材在教学内容的选取和表述上，尽量做到了通俗、简捷、实用，而又兼顾到了内容的知识性、先进性和系统性。

本教材第1章由李英慧、艾德才编写，第2章由迟丽华编写，第5章由迟丽华、艾德才编写，第9章由李英慧、迟丽华编写，其他各章由艾德才编写。参加本书编写的还有刘捐献、胡敏、于健、谈娴茹、张运杰、鲍磊、艾菲、秦鹏、郭青、边佳、刘桂芬、韩丽军、王静，由艾德才教授审校了全部书稿。

本次作为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，进行了第二次改版，意味着荣誉、重担和责任。给学生一册好的《计算机硬件技术基础》教材是作者的责任，虽尽全力而欲做好，但由于作者水平有限，难免有不足之处，殷切希望能得到广大同仁和读者的批评指正，尤其本书中出现的许多新技术、新词汇还有待读者、同仁不吝赐教，以便使本书的质量得到进一步提高。

在使用本教材时，如遇到什么问题或需研讨或需商榷，可与作者联系，电子信箱：decaiai@tju.edu.cn。

编 者

2007年5月于天津大学计算机学院

第三版前言
第二版前言
第一版前言
第1章 微型计算机系统概论 1
1.1 微型计算机的发展 1
1.2 微型计算机与微处理器 5
1.3 微型计算机硬件系统组成 5
1.3.1 微型计算机硬件组成 5
1.3.2 计算机软件的组成 8
1.4 计算机的工作过程 8
1.5 数在计算机中的表示 9
1.5.1 带符号数的表示 9
1.5.2 补码的运算 10
1.6 定点数与浮点数 11
1.7 二进制编码 12
1.7.1 三种二进制编码的表示 12
1.7.2 二进制数运算 13
1.8 计算机系统的层次结构 14
1.9 数据单位表示 15
1.9.1 常用的术语 15
1.9.2 表示存储器容量的计量单位 16
1.9.3 编址与寻址 17
1.10 微型计算机主要性能指标 17
习题一 18
第2章 16位微处理器 19
2.1 8086/8088内部寄存器 19
2.1.1 通用寄存器 20
2.1.2 段寄存器 21
2.1.3 控制寄存器 21
2.2 8086 CPU的功能结构 23
2.2.1 总线接口部件BIU 23
2.2.2 执行部件EU 24
2.2.3 8086微处理器操作方式比较 24
2.3 8086的操作模式及引脚信号 25
2.3.1 8086的两种操作模式 25
2.3.2 8086微处理器芯片的引脚 25
2.3.3 8088与8086微处理器的比较 29
2.4 8086/8088的存储管理 30
2.4.1 存储器分段和物理地址 30
2.4.2 访问存储器各段的默认规则 32
2.5 8086/8088的不足 33
习题二 34
第3章 32位微处理器 35
3.1 CISC和RISC 35
3.1.1 复杂指令系统计算机——CISC 35
3.1.2 精简指令系统计算机——RISC 36
3.2 Pentium体系结构 36
3.2.1 Pentium寄存器 36
3.2.2 Pentium 体系结构 44
3.3 Pentium采用的新技术 46
3.3.1 超标量执行 46
3.3.2 分支转移预测技术 47
3.3.3 流水线技术 49
3.4 Pentium操作模式 55
3.5 浮点部件 55
3.5.1 浮点部件体系结构 57
3.5.2 浮点部件流水线操作 61
习题三 62
第4章 指令系统 64
4.1 指令格式 64
4.1.1 指令系统 64
4.1.2 指令格式 65
4.2 寻址方式 68
4.2.1 常用寻址方式 69
4.2.2 有效地址计算 76
4.3 指令系统 77
4.3.1 数据传送类指令 78
4.3.2 算术运算指令 81
4.3.3 逻辑运算指令 90
4.3.4 控制转移指令 92
4.3.5 处理器控制指令 96
4.3.6 输入/输出指令 97
4.3.7 新增加的指令 98
习题四 99
第5章 汇编语言与程序设计 102
5.1 汇编语言基础 102
5.1.1 汇编语言概述 102
5.1.2 汇编语言源程序结构 103
5.1.3 汇编语言语句格式 103
5.2 常用伪指令 105
5.2.1 段定义伪指令SEGMENT/ENDS 105
5.2.2 指定段寄存器伪指令ASSUME 106
5.2.3 过程定义伪指令PROC/ENDP 107
5.2.4 变量定义伪指令DB/DW/DD 108
5.2.5 符号定义伪指令（EQU/=） 109
5.3 汇编语言程序设计 110
5.3.1 简单程序设计入门 110
5.3.2 顺序结构程序设计 113
5.3.3 分支程序设计 115
5.3.4 循环程序设计 117
5.3.5 子程序 120
5.3.6 发声程序 123
习题五 124
第6章 存储器及管理技术 125
6.1 存储器系统 125
6.2 半导体存储器 126
6.2.1 内存储器 126
6.2.2 随机存取存储器RAM 126
6.2.3 只读存储器ROM 128
6.2.4 内存储器条 128
6.2.5 内存储器的主要性能指标 129
6.3 虚拟存储技术 130
6.3.1 虚拟存储技术 130
6.3.2 分段存储管理技术 131
6.3.3 分页存储管理技术 134
6.3.4 保护模式下的多任务处理 138
6.4 高速缓冲存储器Cache 139
6.4.1 存储体系 139
6.4.2 Cache存储器结构 141
6.4.3 Cache性能 142
6.4.4 Cache存储器映射 144
6.4.5 Cache存储器写策略 145
6.4.6 替换算法和替换规则 146
习题六 147
第7章 中断 149
7.1 中断的概念 149
7.1.1 概述 149
7.1.2 中断系统 150
7.2 异常与中断 151
7.2.1 中断源的分类 151
7.2.2 中断控制器 152
7.2.3 异常和中断向量 152
7.3 允许及禁止中断 153
7.3.1 不可屏蔽中断对未来的不可屏蔽中断的屏蔽 153
7.3.2 IF屏蔽INTR 154
7.3.3 恢复标志位RF 对调试故障的屏蔽 154
7.3.4 MOV和POP指令对堆栈段中某些异常和中断的屏蔽 154
7.4 中断描述符表 154
7.4.1 异常和中断同时存在时的优先级 154
7.4.2 中断描述符表IDT 155
7.4.3 中断描述符表内的描述符 156
7.5 中断任务和中断过程 157
7.5.1 中断过程 157
7.5.2 中断任务 158
习题七 159
第8章 总线技术 160
8.1 总线的概念 160
8.1.1 概念 160
8.1.2 总线标准的特性 161
8.1.3 总线的分类 161
8.1.4 总线操作 162
8.2 总线周期 163
8.3 EISA局部总线 164
8.3.1 EISA 总线 164
8.3.2 高性能特征 166
8.3.3 EISA适配器 166
8.4 VESA局部总线 166
8.4.1 高速图形适配器 166
8.4.2 总线频率和数据传送速率 167
8.4.3 DMA和中断 167
8.4.4 VESA适配器 168
8.5 PCI局部总线 168
8.5.1 PCI局部总线的特征 168
8.5.2 即插即用（Plug and Play） 169
8.5.3 PCI标准化 169
8.5.4 PCI性能 170
8.5.5 PCI总线桥 170
8.5.6 PCI总线操作 171
8.5.7 总线命令 172
8.5.8 DMA和中断 172
8.5.9 PCI适配器 173
8.5.10 PCI总线信号 173
8.6 高速图形端口AGP 175
8.7 USB通用串行总线 176
8.7.1 USB接口 176
8.7.2 USB的特点 176
8.7.3 USB硬件 177
8.7.4 USB系统软件 179
8.7.5 USB协议 179
8.7.6 USB传输过程 179
8.7.7 Windows 系统对USB的支持 179
习题八 179
第9章 输入/输出接口与控制 181
9.1 接口技术基础 181
9.1.1 接口的基本功能 181
9.1.2 CPU和接口的数据传输方式 183
9.2 输入/输出控制 187
9.2.1 可编程中断控制器 82C59A芯片 187
9.2.2 并行接口82C55A芯片 193
9.3 串行接口 198
9.3.1 串行数据的传送方式 199
9.3.2 串行接口标准 200
9.3.3 RS-232C接口 201
9.3.4 通用可编程串行接口16550 203
9.4 SCSI接口 209
9.4.1 SCSI接口操作步骤 209
9.4.2 SCSI接口的操作信号 210
9.4.3 SCSI接口信息 211
9.4.4 SCSI接口命令 211
9.5 数/模（D/A）转换器和模/数（A/D）转换器 213
9.5.1 数/模转换器 213
9.5.2 模/数转换器 218
习题九 221
第10章 常用输入输出设备及接口 224
10.1 键盘及接口 224
10.1.1 键盘的结构 224
10.1.2 键盘的分类 225
10.1.3 键盘接口 226
10.2 鼠标器及接口 227
10.2.1 鼠标的分类 227
10.2.2 鼠标的接口 227
10.2.3 鼠标的工作原理 228
10.3 笔输入设备及接口 229
10.3.1 笔输入设备的组成 230
10.3.2 笔输入设备的分类 230
10.4 扫描仪及接口 231
10.4.1 扫描仪的结构和工作原理 231
10.4.2 扫描仪的分类 231
10.4.3 扫描仪的接口 231
10.5 数字照相机及接口 232
10.5.1 数字照相机的基本结构 233
10.5.2 数字照相机的主要性能指标 233
10.5.3 数字照相机的分类 234
10.6 显示器及接口 234
10.6.1 CRT显示器 234
10.6.2 LCD液晶显示器 235
10.6.3 显示控制卡 236
10.6.4 VGA接口 236
10.7 声音输出设备及接口 237
10.7.1 声卡 237
10.7.2 声卡的结构和接口 238
10.8 打印机及其接口技术 239
10.8.1 打印机的基本工作原理 239
10.8.2 打印机的接口 240
习题十 242
第11章 高档微处理器 244
11.1 高能奔腾——Pentium Pro 244
11.2 多能奔腾——Pentium MMX 245
11.3 二代奔腾——Pentium Ⅱ 247
11.4 多能奔腾二代——Pentium Ⅲ 250
11.5 Pentium 4 251
11.6 64位技术 254
11.7 双核技术 257
11.7.1 双核处理器 257
11.7.2 双核技术的优势 257
11.7.3 双核微体系结构 258
习题十一 259
附录 Pentium指令系统 260
参考文献 271　　

1. 计算机硬件技术及应用基础（上册•微机原理部分） [邹逢兴 主 编]
2. 计算机硬件技术及应用基础（下册 微机接口部分） [邹逢兴 陈立刚 李迅 编著]
3. 计算机硬件技术实验教程 [张志勇 戴金波 主编]