微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)

前言

“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”課程是高等院校工科各專業(yè)學(xué)習(xí)和掌握微型計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的一門重要課程。本課程的主要任務(wù)是使學(xué)生從理論與實(shí)踐上，學(xué)習(xí)和掌握微處理器硬件結(jié)構(gòu)與軟件編程的基本原理及組成應(yīng)用系統(tǒng)所必須的接口技術(shù)，使學(xué)生初步具有開(kāi)發(fā)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件和軟件應(yīng)用的能力。為適應(yīng)我國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)一步提高高等院校工科各專業(yè)“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的教學(xué)質(zhì)量，我們根據(jù)自己在西北工業(yè)大學(xué)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)改革的實(shí)踐，結(jié)合當(dāng)前高等教育大眾化的趨勢(shì)，在分析國(guó)內(nèi)、外多種同類教材的基礎(chǔ)上，編寫了本書(shū)。在本書(shū)的編寫過(guò)程中，我們遵循普通本科工程應(yīng)用教學(xué)的特點(diǎn)，注重基礎(chǔ)和應(yīng)用相結(jié)合，以實(shí)例分析為特點(diǎn)，突出匯編語(yǔ)言與接口技術(shù)應(yīng)用，加大例題比重，取材盡可能反映計(jì)算機(jī)的新技術(shù)和新知識(shí)，以適應(yīng)微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展。本書(shū)根據(jù)目前國(guó)內(nèi)高校的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用實(shí)踐，以Intel 8486微處理器為主體，從應(yīng)用的角度出發(fā)，較詳細(xì)地闡述16位和32位微型計(jì)算機(jī)的基本原理、匯編語(yǔ)言和接口技術(shù)。本書(shū)的特點(diǎn)如下：1.注重教材內(nèi)容的基礎(chǔ)性。本書(shū)以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握微型計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)及接口應(yīng)用技術(shù)為目的，內(nèi)容涵蓋微機(jī)原理與應(yīng)用、微機(jī)接口技術(shù)和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等教學(xué)內(nèi)容，講透最基礎(chǔ)的內(nèi)容。2.突出實(shí)用性和實(shí)踐環(huán)節(jié)。教材從編程角度介紹CPU的功能、程序設(shè)計(jì)的基本技術(shù)、系統(tǒng)的連接、接口技術(shù)應(yīng)用，增加應(yīng)用實(shí)例并提供大量習(xí)題。3.兼顧教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。教材將把微機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用作為一章重要的內(nèi)容編寫，介紹微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)在輔助科學(xué)、生物科學(xué)、過(guò)程控制領(lǐng)域的應(yīng)用。4.結(jié)構(gòu)清晰、內(nèi)容翔實(shí)。在介紹每一種結(jié)構(gòu)時(shí)，首先介紹此結(jié)構(gòu)的功能、然后舉例說(shuō)明如何使用。由于本課程是一門綜合性較強(qiáng)的課程，要求讀者在學(xué)習(xí)數(shù)字邏輯、電子技術(shù)和高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等課程的基礎(chǔ)上，開(kāi)始本課程的學(xué)習(xí)。建議本課程的學(xué)時(shí)數(shù)為66學(xué)時(shí)，理論時(shí)數(shù)52學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)14學(xué)時(shí)。本書(shū)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(shū)由史新福統(tǒng)稿。由于編者水平有限，書(shū)中難免存在錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。編者2008年12月

內(nèi)容概要

本書(shū)以Intel 8486微處理器為主體，從應(yīng)用的角度出發(fā)，較詳細(xì)地闡述16位和32位微型計(jì)算機(jī)的基本原理、匯編語(yǔ)言和接口技術(shù)。 主要內(nèi)容包括：微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理、匯編語(yǔ)言程序及基本的程序設(shè)計(jì)方法、微型計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、接口技術(shù)、接口芯片、常用外部設(shè)備接口和微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用。全書(shū)共12章，每章末配有習(xí)題與思考題。　　參與本書(shū)編寫的作者都是長(zhǎng)期從事微機(jī)原理及接口技術(shù)課程的一線教師，他們具有較為豐富的教學(xué)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，特別注意基本概念、基本方法和基本技能的講解，本書(shū)是他們長(zhǎng)期教學(xué)工作的結(jié)晶?！　”緯?shū)可作為本科和高職高專院校相關(guān)課程的教材，也可供相關(guān)工程技術(shù)人員參考。

作者簡(jiǎn)介

史新福,西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，教授，多年來(lái)從事計(jì)算機(jī)教學(xué)和科研工作，其有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，多次榮獲陜西省和西北工業(yè)大學(xué)教學(xué)成果獎(jiǎng)，所編寫的計(jì)算機(jī)教材定位準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)清晰，敘述流暢，易于學(xué)習(xí)，適合教學(xué)，被眾多學(xué)校廣泛使用。到目前為止，已編著出版教材5部，主持的“微機(jī)原理及應(yīng)用”課程獲得“陜西省精品課程”稱號(hào)。

書(shū)籍目錄

第1章　緒論　  1.1　概述　  1.2　運(yùn)算基礎(chǔ)　  1.3　微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)　  習(xí)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(jié)構(gòu)　  2.2　微處理器寄存器結(jié)構(gòu)　  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(xí)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(xí)題與思考題　第4章　匯編語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)  4.1　匯編語(yǔ)言  4.2　分支程序設(shè)計(jì)　  4.3　循環(huán)程序設(shè)計(jì)  4.4　子程序設(shè)計(jì)　  4.5　宏　  4.6　匯編語(yǔ)言與高級(jí)語(yǔ)言的接口　  4.7　匯編和連接程序　  4.8　匯編語(yǔ)言程序上機(jī)過(guò)程　  習(xí)題與思考題　第5章　存儲(chǔ)器　  5.1　存儲(chǔ)器概述　  5.2　存儲(chǔ)器的系統(tǒng)連接　  5.3　高速緩沖存儲(chǔ)器  5.4　虛擬存儲(chǔ)器  5.5　內(nèi)存分段分頁(yè)管理機(jī)制　  習(xí)題與思考題　第6章　總線技術(shù)　  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(xí)題與思考題第7章　微型計(jì)算機(jī)的輸入/輸出　  7.1　CPU與外設(shè)通信的特點(diǎn)  7.2　輸入/輸出方式　  7.3　CPU與外設(shè)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(xí)題與思考題第8章　常用外圍設(shè)備　  8.1　概述　  8.2　常用外圍設(shè)備  習(xí)題與思考題　第9章　中斷技術(shù)　  9.1　中斷概述  9.2　中斷機(jī)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(xí)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(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253  10.3　可編程串行輸入/輸出接口芯片8251A　  習(xí)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(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換　285  11.2　數(shù)/模轉(zhuǎn)換器芯片(DAC)及其接口技術(shù)　  11.3　模/數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片(ADC)及其接口技術(shù)　  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(wèn)題  11.5　D/A和A/D器件的選擇　  習(xí)題與思考題　第12章　微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用　  12.1　在輔助科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用  12.2　在生物科學(xué)中的應(yīng)用　  12.3　在過(guò)程控制中的應(yīng)用　  12.4　在臨床醫(yī)療儀器中的應(yīng)用　  12.5　I/O接口與32位微處理器的連接  12.6　應(yīng)用舉例　  習(xí)題與思考題　附錄　參考文獻(xiàn)　

章節(jié)摘錄

2.3.3保護(hù)方式32位微處理器支持保護(hù)工作方式，具體表現(xiàn)為，32位地址總線支持高達(dá)4GB的物理地址空間，存儲(chǔ)器分段分頁(yè)管理機(jī)制不僅為存儲(chǔ)器保護(hù)和共享提供了硬件支持，而且，為實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器提供了硬件支持。支持多任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了快速的任務(wù)切換和任務(wù)保護(hù)。支持特權(quán)級(jí)與特權(quán)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了資源共享、數(shù)據(jù)安全和保密。1.虛擬存儲(chǔ)地址空間在保護(hù)方式下，支持虛擬存儲(chǔ)地址空間，虛擬空間在物理上是由外存與內(nèi)存結(jié)合提供的，最大為246=64TB。它的最大值可以按以下過(guò)程計(jì)算。（1）段寄存器中的T1位決定-個(gè)任務(wù)（程序）可以擁有-個(gè)全局描述符表和-個(gè)局部描述符表。（2）13位選擇碼決定了每個(gè)描述符表中最多有213個(gè)描述符。因此一個(gè)任務(wù)可擁有的描述符數(shù)目最多為2×213個(gè)。（3）當(dāng)描述符中的G位為1時(shí)，相應(yīng)的段長(zhǎng)度為220×212字節(jié)。所以，一個(gè)任務(wù)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(hù)方式物理地址的形成保護(hù)方式下允許微處理器訪問(wèn)lMB以上的數(shù)據(jù)和程序。在保護(hù)方式下，段的最大長(zhǎng)度可達(dá)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(gè)描述符表中的描述符，每個(gè)描述符用于指示存儲(chǔ)器段的位置、長(zhǎng)度和訪問(wèn)權(quán)限等。在描述符中段基址為32位，因此存儲(chǔ)單元的物理地址計(jì)算規(guī)則不同于實(shí)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(lái)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(gè)16位的段選擇符和一個(gè)32位的段偏移量。分段部件在保護(hù)方式下，根據(jù)選擇符從段描述符表中取出相應(yīng)的段描述符，段描述符中包括段基址、界限值、段特權(quán)級(jí)以及所允許訪問(wèn)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(yè)部件形成物理地址。3.特權(quán)級(jí)與特權(quán)保護(hù)在保護(hù)方式下，支持特權(quán)級(jí)與特權(quán)保護(hù)。特權(quán)級(jí)與特權(quán)保護(hù)是為了支持多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，使系統(tǒng)程序和用戶的任務(wù)程序之間、各任務(wù)程序之間互不干擾而采取的保護(hù)措施。32位微處理器提供了一個(gè)4級(jí)特權(quán)管理系統(tǒng)，也就是4級(jí)保護(hù)系統(tǒng)。這樣可為不同程序規(guī)定一個(gè)權(quán)限，控制特權(quán)指令和I／O指令的使用，控制對(duì)段和段描述符的訪問(wèn)，從而有效地防止不同程序執(zhí)行時(shí)的相互干擾或非法訪問(wèn)、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(yè)面保護(hù)措施。

編輯推薦

《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》體現(xiàn)作者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，主要講述intel 80486微處理器,軟件與硬件相結(jié)合，面積應(yīng)用，例題與習(xí)題豐富，實(shí)踐性強(qiáng)。

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