微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)

前言

本書(shū)為普通高等教育“十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。本書(shū)的參考學(xué)時(shí)數(shù)為90學(xué)時(shí)，主要內(nèi)容是：以80X86系列微型計(jì)算機(jī)為樣板機(jī)，80386／80486為主線，主要介紹微型計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)（包括數(shù)制及編碼系統(tǒng)、數(shù)據(jù)類(lèi)型及整機(jī)工作原理等），微處理器結(jié)構(gòu)及組成，微處理器的引腳及工作時(shí)序，尋址方式、指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器管理技術(shù)，中斷、異常及輸入／輸出接口技術(shù)，最后對(duì)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)做了介紹。微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)一章中突出介紹了微型計(jì)算機(jī)的整機(jī)工作原理，為后面章節(jié)的學(xué)習(xí)起到了提綱挈領(lǐng)的作用。微處理器組成與結(jié)構(gòu)一章除對(duì)80X86系列CPU做重點(diǎn)介紹外，還對(duì)Pentium系列CPU（Pentium I、PentiumⅡ、PentiumⅢ、Pentium 4）做了簡(jiǎn)介。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器一章除增加閃速存儲(chǔ)器及Cache等較新內(nèi)容外，還對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)上PC機(jī)常用內(nèi)存種類(lèi)做了簡(jiǎn)要介紹。匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)一章中，除了重點(diǎn)突出實(shí)方式下的編程外，還介紹了DOS系統(tǒng)功能調(diào)用、BIOS調(diào)用及匯編語(yǔ)言與高級(jí)語(yǔ)言的混合編程。在輸入／輸出方法及常用接口電路一章中，以介紹常用接口電路為主，并對(duì)新的多功能I／O接口電路也做了簡(jiǎn)介。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一章中除了介紹系統(tǒng)組成外，還介紹了許多：PC機(jī)實(shí)用技術(shù)，如系統(tǒng)設(shè)置、各種外部設(shè)備的工作原理及其應(yīng)用程序等。本教材在編寫(xiě)過(guò)程中注意了由淺入深、循序漸進(jìn)，對(duì)基本概念講述清楚，并有大量實(shí)例，具有軟硬結(jié)合、圖文并茂、內(nèi)容豐富及取材較新等特點(diǎn)，不僅適合用做教材，而且可作為工程技術(shù)人員的自學(xué)用書(shū)。使用本教材時(shí)應(yīng)注意先學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)課程，其教學(xué)方法應(yīng)注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，要多上機(jī)、多實(shí)踐，這樣才能有好的效果。本教材由姚燕南編寫(xiě)第一、六、七章，薛鈞義編寫(xiě)第三、九章，姚向華編寫(xiě)第二、八、十一章，姚向華與歐文共同編寫(xiě)第四、五章，姚向華與薛鈞義共同編寫(xiě)第十章。馮博琴教授為本教材的編寫(xiě)提出了許多寶貴意見(jiàn)，在此表示誠(chéng)摯的感謝。由于編者水平有限，書(shū)中難免還存在一些缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，殷切希望廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《普通高等教育“十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材：微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》以80X86系列微機(jī)為樣板機(jī)，以80386/80486為主線，主要介紹微型計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)（包括數(shù)制及編碼系統(tǒng)、數(shù)據(jù)類(lèi)型及整機(jī)工作原理等），微處理器結(jié)構(gòu)及組成，微處理器的引腳及工作時(shí)序，尋址方式、指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器管理技術(shù)，中斷、異常及輸入／輸出接口技術(shù)。最后對(duì)微機(jī)系，統(tǒng)及其操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)做了介紹。本書(shū)特點(diǎn)是由淺入深、循序漸進(jìn)，并從應(yīng)用角度出發(fā)，講述了微型計(jì)算機(jī)的基本原理及應(yīng)用技術(shù)。
　　《普通高等教育“十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材：微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》可作為高等學(xué)校非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)相關(guān)課程的教材，也可作為工程技術(shù)人員的自學(xué)用書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

　　姚燕南，1941年3月生，1964年畢業(yè)于西安交通大學(xué)自動(dòng)控制專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)為西安交通大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)系教授。長(zhǎng)期從事微機(jī)控制系統(tǒng)方面的教學(xué)和科研工作，獲得多項(xiàng)科研及教學(xué)成果，公開(kāi)發(fā)表論文50多篇，主要著作有《微型計(jì)算機(jī)原理》、《微機(jī)控制系統(tǒng)及其應(yīng)用》、《微機(jī)控制新技術(shù)》等。
　　薛鈞義，1937年12月生，1960年畢業(yè)于西安交通大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，1964年工業(yè)電子學(xué)研究生畢業(yè)，現(xiàn)為西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。曾任電氣工程學(xué)院院長(zhǎng)、教育部西安交通大學(xué)電工電子教學(xué)基地總負(fù)責(zé)人，全國(guó)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)會(huì)委員，全國(guó)自學(xué)考試委員會(huì)，電子、電工信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員等職。主編了《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用（Intel80x86系列）》、《凌陽(yáng)十六位單片機(jī)原理及應(yīng)用》、《微機(jī)控制系統(tǒng)及其應(yīng)用》等教材。多次獲得省、部級(jí)優(yōu)秀教材獎(jiǎng)及優(yōu)秀教學(xué)成果獎(jiǎng)。

書(shū)籍目錄

第一章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)　　　　　　
1.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼系統(tǒng)　　　
1.1.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制　　　　　
1.1.2 計(jì)算機(jī)中信息的編碼表示　
1.2 微型計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)類(lèi)型　　　
1.2.1 常用數(shù)據(jù)類(lèi)型　　　　　　
1.2.2 數(shù)學(xué)協(xié)處理器的數(shù)據(jù)格式　　
1.3 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及其整機(jī)工作原理　　　　　　　　　　　　
1.3.1 簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)　　　
1.3.2 計(jì)算機(jī)的整機(jī)工作原理　　　
1.4 微處理器的發(fā)展史　　　　　　
1.4.1 微處理器及微型計(jì)算機(jī)　　　
1.4.2 微處理器發(fā)展史　　　　　　
習(xí)題與思考題　　　　　
第二章 微型計(jì)算機(jī)的組成及微處理器的功能結(jié)構(gòu)　　　　　　　
2.1 微型計(jì)算機(jī)的組成　　　　　　　
2.1.1 微處理器　　　　　　　　　　
2.1.2 存儲(chǔ)器　　　　　　　　　　　
2.1.3 輸入/輸出設(shè)備及其接口電路　
2.1.4 總線　　　　　　　　　　　　
2.2 80X86系列微處理器的功能結(jié)構(gòu)
2.2.1 8086/8088及80286微處理器的功能結(jié)構(gòu)　　　　　　　　　　
2.2.2 8086/8088的存儲(chǔ)器組織及其尋址　　　　　　　　　　　
2.2.3 8086/8088的I/O地址空間　　
2.2.4 80386/80486 CPU的功能結(jié)構(gòu)　
2.2.5 Pentium級(jí)CPU的功能結(jié)構(gòu)　　
習(xí)題與思考題　
　
第三章 80X86的尋址方式和指令系統(tǒng)　　　　　　　　　　　　　
3.1 指令的格式　　　　　　　
3.1.1 機(jī)器指令格式　　　　　
3.1.2 符號(hào)指令格式　　　　　
3.2 尋址方式　　　　　　　　
3.2.1 立即尋址（ImmediateAddressing）
3.2.2 寄存器尋址（RegisterAddressing）
3.2.3 存儲(chǔ)器操作數(shù)的尋址方式
3.3 指令系統(tǒng)　　　　　　　　
3.3.1 數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令　　　　
3.3.2 算術(shù)運(yùn)算指令　　　　　
3.3.3 邏輯運(yùn)算與移位指令　　
3.3.4 串操作指令　　　　　　
3.3.5 位操作指令　　　　　　
3.3.6 控制轉(zhuǎn)移類(lèi)指令　　　　
3.3.7 標(biāo)志位操作指令　　　　
3.3.8 按條件設(shè)置字節(jié)指令SET
3.3.9 處理器控制指令　　　　
3.3.10 操作系統(tǒng)型指令　　　　
習(xí)題與思考題　　
　
第四章 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)　　　　
4.1 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的演變　
4.1.1 機(jī)器語(yǔ)言　　　　　　
4.1.2 匯編語(yǔ)言　　　　　
4.1.3 高級(jí)語(yǔ)言　　　　　　
4.1.4 混合語(yǔ)言　　　　　　　
4.2 匯編語(yǔ)言語(yǔ)法　　　　　　　
4.2.1 指令語(yǔ)句格式　　　　　
4.2.2 匯編語(yǔ)句的操作數(shù)　　　
4.2.3 變量的定義方法　　　　
4.2.4 偽指令　　　　　　　　
4.2.5 宏指令及其使用
4.3 實(shí)地址方式下的匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)
4.3.1 順序程序設(shè)計(jì)
4.3.2 分支程序設(shè)計(jì)
4.3.3 循環(huán)程序設(shè)計(jì)
4.3.4 子程序設(shè)計(jì)
4.3.5 多模塊程序設(shè)計(jì)
4.4 匯編程序及上機(jī)過(guò)程
4.4.1 匯編語(yǔ)言源程序的匯編、連接和裝入運(yùn)行
4.4.2 匯編程序?qū)υ闯绦虻膮R編過(guò)程
4.4.3 匯編語(yǔ)言和PC DOS的接口
4.4.4 MASM版本介紹
4.5 DOS及BIOS功能調(diào)用
4.5.1 DOS中斷及功能調(diào)用
4.5.2 BIOS中斷及功能調(diào)用
4.6 匯編語(yǔ)言與高級(jí)語(yǔ)言的混合編程
習(xí)題與思考題
第五章 微處理器外部結(jié)構(gòu)和總線操作時(shí)序
5.1 8086/8088 CPU的引腳功能
5.1.1 8086/8088 CPU共用引腳功能
5.1.2 最小方式下引腳信號(hào)的功能
5.1.3 最大方式下引腳信號(hào)的功能
5.1.4 8086/8088最小方式和最大方式系統(tǒng)的基本配置
5.2 8086/8088系統(tǒng)總線時(shí)序
5.2.1 系統(tǒng)的復(fù)位時(shí)序及典型的總線周期時(shí)序
5.2.2 最小方式系統(tǒng)總線周期時(shí)序
5.2.3 最大方式系統(tǒng)總線周期時(shí)序
5.3 80386/80486 CPU的引腳信號(hào)功能及其系統(tǒng)總線時(shí)序
5.3.1 80386引腳信號(hào)及其系統(tǒng)總線時(shí)序
5.3.2 80486引腳信號(hào)及其系統(tǒng)總線時(shí)序
習(xí)題與思考題
第六章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器
6.1 存儲(chǔ)器的分類(lèi)和主要性能指標(biāo)
6.1.1 存儲(chǔ)器的分類(lèi)
6.1.2 內(nèi)存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)
6.2 只讀存儲(chǔ)器RoM
6.2.1 只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和分類(lèi)
6.2.2 紫外線擦除可編程只讀存儲(chǔ)器UVEPROM
6.2.3 電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器E：PRoM
6.2.4 Flash閃速存儲(chǔ)器
6.3 靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器SRAM
6.3.1 SRAM的基本結(jié)構(gòu)
6.3.2 SRAM基本存儲(chǔ)電路及典型芯片舉例
6.3.3 非揮發(fā)靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器NUSRAM
6.3.4 SRAM、ROM與CPU的連接
6.4 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器DRAM
6.4.1 DRAM基本存儲(chǔ)單元及其工作原理
6.4.2 簡(jiǎn)單DRAM芯片舉例
6.4.3 簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)RAM的連接與再生
6.5 高速緩沖存儲(chǔ)器Cache
6.5.1 概述
6.5.2 高速緩沖存儲(chǔ)器的組成和結(jié)構(gòu)
6.5.3 高速緩存Cache的地址映像功能
6.5.4 Cache內(nèi)容的替換
習(xí)題及思考題
第七章80386/80486 CPU的存儲(chǔ)器管理
7.1 實(shí)方式存儲(chǔ)器管理
7.1.1 存儲(chǔ)器的分段結(jié)構(gòu)
7.1.2 物理地址的形成
……
第八章 中斷及異常
第九章 輸入/輸出方法及常用的接口電路
第十章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
第十一章 微型機(jī)操作系統(tǒng)和微型機(jī)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   在預(yù)取指令代碼時(shí)，BIU把從外部存儲(chǔ)器取來(lái)的指令代碼同時(shí)傳送給代碼預(yù)取部件和內(nèi)部高速緩沖，以便在緊密編碼循環(huán)中，下一次預(yù)取相同的指令，可直接訪問(wèn)高速緩存。 BIU采用寫(xiě)緩沖寄存器的方法先將寫(xiě)操作數(shù)據(jù)暫存起來(lái)，等待外部存儲(chǔ)器或I／O端口來(lái)取。當(dāng)操作數(shù)的數(shù)據(jù)被緩沖寄存時(shí)，處理器便可執(zhí)行其他操作，這稱(chēng)為寫(xiě)緩沖。80486 BIU可緩沖寄存4個(gè)32位的寫(xiě)操作數(shù)據(jù)。地址、數(shù)據(jù)和控制信息都能被緩沖，這無(wú)疑將提高處理器的運(yùn)行速度。 2）高速緩沖存儲(chǔ)部件 高速緩沖存儲(chǔ)部件用來(lái)管理80486芯片上的8 KB高速緩沖RAM。處理器中其他部件產(chǎn)生的所有總線訪問(wèn)請(qǐng)求在送達(dá)BIU之前，先經(jīng)過(guò)高速緩存部件。如果總線訪問(wèn)請(qǐng)求能在高速緩存中得以解決，則該總線訪問(wèn)請(qǐng)求將立即得到滿足，BIU不必再產(chǎn)生總線周期，這種情況稱(chēng)為高速緩存命中。如果總線訪問(wèn)請(qǐng)求不能在高速緩存中得以解決，便稱(chēng)為高速緩存未命中，這時(shí)BIU將以一次l6字節(jié)的傳輸方式將請(qǐng)求的存儲(chǔ)單元內(nèi)容送至高速緩存，這稱(chēng)為高速緩存的行填充。寫(xiě)操作時(shí)，檢查整個(gè)高速緩存，若發(fā)現(xiàn)寫(xiě)操作的目標(biāo)，則立即修改高速緩存的內(nèi)容，并開(kāi)始一個(gè)寫(xiě)總線周期，把修改的數(shù)據(jù)寫(xiě)回存儲(chǔ)器，這稱(chēng)為高速緩沖存儲(chǔ)器寫(xiě)通。 80486中高速緩存部件及代碼預(yù)取部件緊密耦合。一旦代碼預(yù)取部件預(yù)取指令代碼時(shí)未命中，BIU將對(duì)高速緩存進(jìn)行行填充，從存儲(chǔ)器取出的指令代碼將同時(shí)送到高速緩存部件和代碼預(yù)取部件。 3）代碼預(yù)取部件 在總線空閑周期時(shí)，代碼預(yù)取部件向BIU發(fā)出預(yù)取指令的請(qǐng)求。預(yù)取的存儲(chǔ)器地址由預(yù)取部件自身產(chǎn)生。預(yù)取周期將一次讀16個(gè)字節(jié)的指令代碼，并存入32個(gè)字節(jié)的預(yù)取隊(duì)列中。如果高速緩沖存儲(chǔ)器在指令預(yù)取時(shí)能命中，則不需要產(chǎn)生總線周期。當(dāng)遇到跳轉(zhuǎn)、中斷、子程序調(diào)用等操作時(shí)，預(yù)取隊(duì)列被清空。 4）指令譯碼部件 指令譯碼部件的功能是從指令預(yù)取隊(duì)列取機(jī)器碼，并將其轉(zhuǎn)換成對(duì)其他處理部件的控制信號(hào)等。譯碼過(guò)程分兩步：首先要決定指令執(zhí)行時(shí)是否需要訪問(wèn)存儲(chǔ)器，若需要便立即產(chǎn)生總線訪問(wèn)周期，使存儲(chǔ)器操作數(shù)在譯碼結(jié)束后能準(zhǔn)備好；然后進(jìn)行譯碼過(guò)程的第二步，產(chǎn)生對(duì)其他處理部件的控制信號(hào)等，為指令執(zhí)行做好準(zhǔn)備。 由于采用兩步譯碼，且大多數(shù)指令都在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)譯碼完畢，80486的指令譯碼部件中沒(méi)有已譯碼指令隊(duì)列。 5）控制部件 80486中控制部件單獨(dú)設(shè)置而沒(méi)有放在執(zhí)行部件中?？刂撇考?duì)整數(shù)部件、浮點(diǎn)部件和段部件等進(jìn)行控制，使它們完成已譯碼指令的執(zhí)行。

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