微型計算機原理與接口技術

前言

“微型計算機原理與接口技術”課程是高等院校工科各專業(yè)學習和掌握微型計算機硬件知識和匯編語言程序設計的一門重要課程。本課程的主要任務是使學生從理論與實踐上，學習和掌握微處理器硬件結構與軟件編程的基本原理及組成應用系統(tǒng)所必須的接口技術，使學生初步具有開發(fā)微型計算機系統(tǒng)硬件和軟件應用的能力。為適應我國計算機科學技術的應用和發(fā)展，進一步提高高等院校工科各專業(yè)“微型計算機原理與接口技術”課程的教學質(zhì)量，我們根據(jù)自己在西北工業(yè)大學多年的教學經(jīng)驗和教學改革的實踐，結合當前高等教育大眾化的趨勢，在分析國內(nèi)、外多種同類教材的基礎上，編寫了本書。在本書的編寫過程中，我們遵循普通本科工程應用教學的特點，注重基礎和應用相結合，以實例分析為特點，突出匯編語言與接口技術應用，加大例題比重，取材盡可能反映計算機的新技術和新知識，以適應微機技術的不斷發(fā)展。本書根據(jù)目前國內(nèi)高校的教學、實驗和工程應用實踐，以Intel 8486微處理器為主體，從應用的角度出發(fā)，較詳細地闡述16位和32位微型計算機的基本原理、匯編語言和接口技術。本書的特點如下：1.注重教材內(nèi)容的基礎性。本書以培養(yǎng)學生學習和掌握微型計算機硬件知識及接口應用技術為目的，內(nèi)容涵蓋微機原理與應用、微機接口技術和匯編語言程序設計等教學內(nèi)容，講透最基礎的內(nèi)容。2.突出實用性和實踐環(huán)節(jié)。教材從編程角度介紹CPU的功能、程序設計的基本技術、系統(tǒng)的連接、接口技術應用，增加應用實例并提供大量習題。3.兼顧教學內(nèi)容的先進性。教材將把微機接口技術的應用作為一章重要的內(nèi)容編寫，介紹微型計算機接口技術在輔助科學、生物科學、過程控制領域的應用。4.結構清晰、內(nèi)容翔實。在介紹每一種結構時，首先介紹此結構的功能、然后舉例說明如何使用。由于本課程是一門綜合性較強的課程，要求讀者在學習數(shù)字邏輯、電子技術和高級語言程序設計等課程的基礎上，開始本課程的學習。建議本課程的學時數(shù)為66學時，理論時數(shù)52學時，實驗14學時。本書第1、7、10、1l章由孔慶蕓編寫，第2、3、4章由馮萍編寫，第5、8、9章由秦曉紅編寫，第6、12章由劉君瑞編寫，全書由史新福統(tǒng)稿。由于編者水平有限，書中難免存在錯誤之處，懇請廣大讀者批評指正。編者2008年12月

內(nèi)容概要

本書以Intel 8486微處理器為主體，從應用的角度出發(fā)，較詳細地闡述16位和32位微型計算機的基本原理、匯編語言和接口技術。 主要內(nèi)容包括：微型計算機的基本結構和工作原理、匯編語言程序及基本的程序設計方法、微型計算機存儲器系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、接口技術、接口芯片、常用外部設備接口和微型計算機應用。全書共12章，每章末配有習題與思考題?！　⑴c本書編寫的作者都是長期從事微機原理及接口技術課程的一線教師，他們具有較為豐富的教學和實踐經(jīng)驗，特別注意基本概念、基本方法和基本技能的講解，本書是他們長期教學工作的結晶。　　本書可作為本科和高職高專院校相關課程的教材，也可供相關工程技術人員參考。

作者簡介

史新福,西北工業(yè)大學計算機學院，教授，多年來從事計算機教學和科研工作，其有豐富的教學經(jīng)驗，多次榮獲陜西省和西北工業(yè)大學教學成果獎，所編寫的計算機教材定位準確，結構清晰，敘述流暢，易于學習，適合教學，被眾多學校廣泛使用。到目前為止，已編著出版教材5部，主持的“微機原理及應用”課程獲得“陜西省精品課程”稱號。

書籍目錄

第1章　緒論　  1.1　概述　  1.2　運算基礎　  1.3　微型計算機的基本結構　  習題與思考題　第2章　Intel 32位微處理器　  2.1　微處理器的基本結構　  2.2　微處理器寄存器結構　  2.3　微處理器的工作方式  2.4　指令流水線操作　  2.5　Pentium系列微處理器  習題與思考題　第3章　80X86尋址方式和指令系統(tǒng)  3.1　80X86尋址方式　  3.2　80X86指令格式  3.3　80X86指令系統(tǒng)　  習題與思考題　第4章　匯編語言及程序設計  4.1　匯編語言  4.2　分支程序設計　  4.3　循環(huán)程序設計  4.4　子程序設計　  4.5　宏　  4.6　匯編語言與高級語言的接口　  4.7　匯編和連接程序　  4.8　匯編語言程序上機過程　  習題與思考題　第5章　存儲器　  5.1　存儲器概述　  5.2　存儲器的系統(tǒng)連接　  5.3　高速緩沖存儲器  5.4　虛擬存儲器  5.5　內(nèi)存分段分頁管理機制　  習題與思考題　第6章　總線技術　  6.1　概述　  6.2　總線數(shù)據(jù)傳輸　  6.3　局部總線　  6.4　系統(tǒng)總線　  6.5　通信總線　  習題與思考題第7章　微型計算機的輸入/輸出　  7.1　CPU與外設通信的特點  7.2　輸入/輸出方式　  7.3　CPU與外設通信的接口　  7.4　可用于輸入/輸出接口的8212芯片　  7.5　CPU的輸入/輸出　  7.6　DMA傳送方式與DMA控制器8237A　  習題與思考題第8章　常用外圍設備　  8.1　概述　  8.2　常用外圍設備  習題與思考題　第9章　中斷技術　  9.1　中斷概述  9.2　中斷機制　  9.3　中斷向量表的建立方法　  9.4　可編程中斷控制器8259A  習題與思考題　第10章　可編程接口芯片及其與CPU的接口　  10.1　可編程并行輸入/輸出接口芯片8255A　  10.2　可編程計數(shù)器/定時器8253  10.3　可編程串行輸入/輸出接口芯片8251A　  習題與思考題　第11章　D/A、A/D轉(zhuǎn)換器及其與CPU的接口　  11.1　從物理信號到電信號的轉(zhuǎn)換　285  11.2　數(shù)/模轉(zhuǎn)換器芯片(DAC)及其接口技術　  11.3　模/數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片(ADC)及其接口技術　  11.4　模/數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片和微處理器的接口需要注意的問題  11.5　D/A和A/D器件的選擇　  習題與思考題　第12章　微型計算機的應用　  12.1　在輔助科學實驗中的應用  12.2　在生物科學中的應用　  12.3　在過程控制中的應用　  12.4　在臨床醫(yī)療儀器中的應用　  12.5　I/O接口與32位微處理器的連接  12.6　應用舉例　  習題與思考題　附錄　參考文獻　

章節(jié)摘錄

2.3.3保護方式32位微處理器支持保護工作方式，具體表現(xiàn)為，32位地址總線支持高達4GB的物理地址空間，存儲器分段分頁管理機制不僅為存儲器保護和共享提供了硬件支持，而且，為實現(xiàn)虛擬存儲器提供了硬件支持。支持多任務，實現(xiàn)了快速的任務切換和任務保護。支持特權級與特權保護，實現(xiàn)了資源共享、數(shù)據(jù)安全和保密。1.虛擬存儲地址空間在保護方式下，支持虛擬存儲地址空間，虛擬空間在物理上是由外存與內(nèi)存結合提供的，最大為246=64TB。它的最大值可以按以下過程計算。（1）段寄存器中的T1位決定-個任務（程序）可以擁有-個全局描述符表和-個局部描述符表。（2）13位選擇碼決定了每個描述符表中最多有213個描述符。因此一個任務可擁有的描述符數(shù)目最多為2×213個。（3）當描述符中的G位為1時，相應的段長度為220×212字節(jié)。所以，一個任務最多可擁有的編程用字節(jié)數(shù)為2×213×220×212=246=64TB，即編程空間——虛擬空間為64TB。2.保護方式物理地址的形成保護方式下允許微處理器訪問lMB以上的數(shù)據(jù)和程序。在保護方式下，段的最大長度可達4GB，段寄存器不再直接存放段基址，而是存放指示段基址的選擇符，間接指示段基址。選擇符用于選擇某個描述符表中的描述符，每個描述符用于指示存儲器段的位置、長度和訪問權限等。在描述符中段基址為32位，因此存儲單元的物理地址計算規(guī)則不同于實地址方式，采用段基址和偏移地址直接相加的方法，產(chǎn)生32位物理地址。在80X86微處理器中，分段部件用來將邏輯地址轉(zhuǎn)換成線性地址，用戶使用的是邏輯地址，即一個16位的段選擇符和一個32位的段偏移量。分段部件在保護方式下，根據(jù)選擇符從段描述符表中取出相應的段描述符，段描述符中包括段基址、界限值、段特權級以及所允許訪問的類型的信息。描述符中32位段基址加上32位的偏移量（由指令尋址方式?jīng)Q定）得到線性地址。然后再由分段部件傳送給分頁部件形成物理地址。3.特權級與特權保護在保護方式下，支持特權級與特權保護。特權級與特權保護是為了支持多用戶多任務操作系統(tǒng)，使系統(tǒng)程序和用戶的任務程序之間、各任務程序之間互不干擾而采取的保護措施。32位微處理器提供了一個4級特權管理系統(tǒng)，也就是4級保護系統(tǒng)。這樣可為不同程序規(guī)定一個權限，控制特權指令和I／O指令的使用，控制對段和段描述符的訪問，從而有效地防止不同程序執(zhí)行時的相互干擾或非法訪問、非法改寫GDT和LDT。為了使程序和數(shù)據(jù)安全可靠，還采取了頁面保護措施。

編輯推薦

《微型計算機原理與接口技術》體現(xiàn)作者多年的教學經(jīng)驗，主要講述intel 80486微處理器,軟件與硬件相結合，面積應用，例題與習題豐富，實踐性強。

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