微型計(jì)算機(jī)技術(shù)

前言

　　為了適應(yīng)面向21世紀(jì)計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革的需要，全國(guó)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)統(tǒng)一組織編寫了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)“體系結(jié)構(gòu)一組成原理一微機(jī)技術(shù)”系列教材，本書是該系列教材中的一冊(cè)。　　按照系列教材總體規(guī)劃的要求，對(duì)三本教材進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)劃和全盤考慮，使其彼此相互銜接各有側(cè)重又能分清層次、避免重復(fù)。本教材側(cè)重于對(duì)微型計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)、接口方法、微處理器芯片以及主板的介紹。　　由于本書的重點(diǎn)是講授微型計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，因此必須涉及具體的芯片和機(jī)器，本書以PC機(jī)及其兼容機(jī)中最常用的80x86系列為主線，分析微型計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。在內(nèi)容組織上既考慮微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，又顧及教材使用的連續(xù)性，對(duì)微機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)內(nèi)容做詳細(xì)介紹，并增加相應(yīng)篇幅對(duì)微機(jī)技術(shù)的新發(fā)展做適當(dāng)?shù)慕榻B和分析。教材中還有適度的資料，學(xué)生通過(guò)對(duì)這些資料的查閱，可進(jìn)行硬件接口的基本設(shè)計(jì)。另外，對(duì)于在《計(jì)算機(jī)組成原理》以及《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》中已作詳細(xì)介紹的一些原理性的問(wèn)題，本書盡量少講或不講，以免重復(fù)。　　本書共分10章，包括微處理器芯片、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、基本接口技術(shù)以及實(shí)用接口技術(shù)四大部分。在編寫過(guò)程中力求語(yǔ)言文字通俗易懂，敘述深入淺出。同時(shí)，書中使用了較多的例題分析，以加深對(duì)課程內(nèi)容的理解。除作為高等學(xué)校教材外，本書也可供從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用的工程技術(shù)人員及其他自學(xué)者學(xué)習(xí)和參考?！　”緯诰帉戇^(guò)程中得到教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)施伯樂教授、陳國(guó)良教授、侯文永教授的大力支持和指導(dǎo)。西安交通大學(xué)鮑家元教授對(duì)本書編寫提出不少有益的建議。華東理工大學(xué)楊明福教授主審了本書，提出了許多寶貴意見。田小鵬博士、洪以容和李瑞霞為書稿的出版做了大量工作。在此一并表示衷心的感謝?！　”緯缮虾＝煌ù髮W(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系孫德文主編，陳鐵年、袁長(zhǎng)奎參加了第4、6、7、8章部分章節(jié)的編寫。由于作者水平有限，書中難免有錯(cuò)誤和不妥之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書第一版是面向21世紀(jì)課程教材中的“體系結(jié)構(gòu)－組成原理－微機(jī)技術(shù)”系列教材之一，在內(nèi)容組織上既考慮微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，又顧及教材使用的連續(xù)性，對(duì)微機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)內(nèi)容作詳細(xì)介紹，并設(shè)相應(yīng)篇幅對(duì)微機(jī)技術(shù)的新發(fā)展作適當(dāng)?shù)慕榻B和分析。新版教材在前版的基礎(chǔ)上，根據(jù)讀者的反饋意見和微機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了修訂，撤換了部分過(guò)時(shí)內(nèi)容，增加了部分新技術(shù)的介紹，同時(shí)提供作者授課的電子教案。全書共10章，包括微處理器芯片、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、基本接口技術(shù)以及實(shí)用接口技術(shù)四大部分?？勺鳛楦咝Ｓ?jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)相關(guān)課程教材，也可供從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用的工程技術(shù)人員使用。

書籍目錄

第1章  微型計(jì)算機(jī)概論　1.1　關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹_　　1.1.1　微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)　　1.1.2　微處理器發(fā)展簡(jiǎn)況　　1.1.3　微型計(jì)算機(jī)的分類概述　1.2　微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)　　1.2.1　微處理器的典型結(jié)構(gòu)　　1.2.2　微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)　　1.2.3　用三類總線構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)　習(xí)題第2章　80X86微處理器的結(jié)構(gòu)　2.1　從8086到Itanium　　2.1.1 Intel 8086微處理器的基本結(jié)構(gòu)　　2.1.2 Intel 80286微處理器的基本結(jié)構(gòu)　　2.1.3 Intel 80386微處理器的基本結(jié)構(gòu)　　2.1.4 Intel 80486微處理器的基本結(jié)構(gòu)　　2.1.5 Intd Pentium微處理器的基本結(jié)構(gòu)　　2.1.6 Pentium Pr0微處理器　　2.1.7 Pentium MMX微處理器　　2.1.8 PentiumIl微處理器　　2.1.9 Pentium IIl微處理器　　2.1.10 Pentium4微處理器　　2.1.11 Pentium M微處理器　　2.1.12 Itanium微處理器　2.2 80X86微處理器的編程結(jié)構(gòu)　　2.2.1　基本結(jié)構(gòu)寄存器　　2.2.2　系統(tǒng)級(jí)寄存器　　2.2.3　調(diào)試和測(cè)試寄存器　　2.2.4　浮點(diǎn)寄存器　2.3 80X86微處理器的引腳功能　　2.3.1 8086微處理器的引腳功能　  2.3.2 8086微處理器的系統(tǒng)配置  　2.3.3 80386微處理器的引腳功能  　2.3.4 80486微處理器的引腳功能　  2.3.5 Pentium微處理器的引腳功能簡(jiǎn)介　2.4 80X86微處理器的基本時(shí)序　　2.4.1 8086微處理器的基本時(shí)序　　2.4.2 80386的總線周期　習(xí)題第3章　80X86微處理器的指令系統(tǒng)  3.1　尋址方式　　3.1.1　數(shù)據(jù)的尋址方式　　3.1.2　轉(zhuǎn)移地址的尋址方式　　3.1.3　保護(hù)方式下的尋址方式　3.2　指令系統(tǒng)　　3.2.1 8086微處理器的指令系統(tǒng)　　3.2.2 80386以上微處理器的指令系統(tǒng)　　習(xí)題第4章　匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)　4.1　匯編語(yǔ)言的基本語(yǔ)法……第5章　內(nèi)在儲(chǔ)器及其接口第6章　輸入/輸出第7章　中斷第8章　可編程接口芯片及其應(yīng)用第9章　總線技術(shù)第10章　微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)用接口技術(shù)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　二、重新設(shè)計(jì)的浮點(diǎn)部件　　Penfium的浮點(diǎn)部件在80486的基礎(chǔ)上做了重新設(shè)計(jì)，其執(zhí)行過(guò)程分為8級(jí)流水，使每個(gè)時(shí)鐘周期能完成一個(gè)浮點(diǎn)操作（或兩個(gè)浮點(diǎn)操作）。采用快速算法可使諸如ADD、MUL和LOAD等運(yùn)算的速度至少提高3倍，在許多應(yīng)用程序中利用指令調(diào)度和重疊（流水線）執(zhí)行可使性能提高5倍以上。同時(shí)，對(duì)電路進(jìn)行固化，用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)?！　∪ⅹ?dú)立的指令Cache和數(shù)據(jù)Cache　　Penfium片內(nèi)有兩個(gè)8KB的Cache——雙路Cache結(jié)構(gòu)，一個(gè)是指令Cache，一個(gè)是數(shù)據(jù)Cache。轉(zhuǎn)換后備緩沖器（Translation L，ook—aside Buffer，TLB）的作用是將線性地址轉(zhuǎn)換為物理地址。這兩種Cache采用32×8線寬，是對(duì)Penfium的64位總線的有力支持。指令和數(shù)據(jù)分別使用不同的Cache，使Penfium中數(shù)據(jù)和指令的存取減少了沖突，提高了性能?！　enfium的數(shù)據(jù)Cache有兩個(gè)接口，分別與U和V兩條流水線相連，以便能在相同時(shí)刻向兩個(gè)獨(dú)立工作的流水線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。當(dāng)向已被占滿的數(shù)據(jù)Cache中寫數(shù)據(jù)時(shí)，將移走當(dāng)前使用頻率最低的數(shù)據(jù)，同時(shí)將其寫回內(nèi)存，這種技術(shù)稱為Cache回寫技術(shù)。由于CPU向Cache寫數(shù)據(jù)和將Cache釋放的數(shù)據(jù)寫回內(nèi)存是同時(shí)進(jìn)行的，所以采用Cache回寫技術(shù)將節(jié)省處理時(shí)間?！　∷?、分支預(yù)測(cè)　　Penfium提供了一個(gè)稱為分支目標(biāo)緩沖器（Branch Targert Buffer，BTB）的小Cache來(lái)動(dòng)態(tài)地預(yù)測(cè)程序的分支操作。當(dāng)某條指令導(dǎo)致程序分支時(shí)，BTB記憶下該條指令和分支目標(biāo)的地址，并用這些信息預(yù)測(cè)該條指令再次產(chǎn)生分支時(shí)的路徑，預(yù)先從該處預(yù)取，保證流水線的指令預(yù)取步驟不會(huì)空置。這一機(jī)構(gòu)的設(shè)置，可以減少在循環(huán)操作時(shí)對(duì)循環(huán)條件的判斷所占用的CPU的時(shí)間。

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