微機原理與接口技術

前言

本書適合于作為高等學校本科電子信息類專業(yè)教材，也可作為IT技術人員的參考書。教學為60學時左右。章節(jié)富有彈性，可根據(jù)教學需要選擇。本書堅持理論與實踐并重，以學生能力培養(yǎng)為主的原則作為本教材編寫的指導思想。通過“微型計算機原理與系統(tǒng)設計”課程使學生打好底層硬軟件設計基礎，以保證對學生實踐能力的培養(yǎng)，使學生初步具備計算機底層硬件和軟件開發(fā)研制能力，只有這樣才能使學生有良好的發(fā)展。因此本書的編寫突出面向教學、面向應用，使本書既適合教學使用，也適合讀者自學。盡管計算機發(fā)展迅速，但基本原理沒有改變，高檔微型計算機在速度和技術上有很大突破，但在計算機體系結(jié)構(gòu)上還是遵循馮·諾依曼的思想。我們多年來通過跟蹤、分析國內(nèi)外優(yōu)秀教材和積累的教學經(jīng)驗認為，本書以8086/8088 16位微處理機為核心，結(jié)合各代處理器結(jié)構(gòu)和特點，介紹微型計算機軟件、硬件原理及接口技術，并通過大量例題與習題介紹其應用。從功能部件組成系統(tǒng)和應用兩個角度出發(fā)，在重點介紹CPU、存儲系統(tǒng)、輸入/輸出系統(tǒng)及其互連三大子系統(tǒng)建立整機概念和其原理的基礎上，強調(diào)實際應用，為微機的各種應用提供接口技術的基本方法和使用技巧，使讀者比較容易地掌握微機原理的基本內(nèi)容和方法。同時，在內(nèi)容安排上，既注重了功能部件的基本原理和應用，又不失時機地介紹微機技術前沿的最新知識，使本教材既突出基本原理和實用性，又兼?zhèn)浔匾南到y(tǒng)性和先進性，從而使學生在系統(tǒng)級上建立整機概念。本書的結(jié)構(gòu)體系采用CPU、存儲系統(tǒng)、輸入/輸出系統(tǒng)及其互連三大子系統(tǒng)出發(fā)建立整機概念，并體現(xiàn)軟硬結(jié)合的思想。全書共10章內(nèi)容分為四個部分。第一部分為第1章，介紹計算機系統(tǒng)組成的基本概念和基礎知識。以基于微處理器的計算機系統(tǒng)為重點，介紹了Intel微處理器系列，包括微處理器的歷史、操作等內(nèi)容；計算機的基礎知識部分，介紹進位計數(shù)制、信息格式、ASCII碼和漢字編碼等內(nèi)容。本書第二部分包括第2～4章，分別從微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和匯編語言設計三層來深入討論計算機系統(tǒng)的組成和工作機制。第2章內(nèi)容介紹微處理器程序設計模型和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。以8086/8088為核心，介紹CPU寄存器和主存儲器組織，通過指令流程分析CPU的工作原理。當我們理解了一臺基本的計算機后，第3章以8086/8088 CPU為背景討論指令系統(tǒng)和尋址方式。介紹Intel微處理器系列每條指令的功能，同時，還提供了簡單的應用程序來說明這些指令的操作，使讀者建立程序設計的基本概念。有了程序設計基礎之后，第4章匯編語言程序設計，精練地闡述8086匯編語言程序設計的基本方法，提供了一些匯編語言應用程序，介紹DOS和BIOS功能調(diào)用進行編程及在PC系統(tǒng)中開發(fā)程序所需的工具。第三部分包括第5～8章，討論系統(tǒng)總線技術、存儲系統(tǒng)和輸入/輸出(I/O)系統(tǒng)及其互連。第5章為系統(tǒng)總線內(nèi)容，系統(tǒng)地介紹總線標準及信號組成、總線操作時序。第6章介紹存儲器存儲信息的原理和芯片級以上的存儲器邏輯設計方法，以及高速緩存的工作原理，并從物理層次討論存儲系統(tǒng)組織。第7章介紹輸入/輸出系統(tǒng)，采用硬軟結(jié)合的方式，既討論硬件接口與I/O設備的邏輯組成及工作原理，也介紹包括程序直接控制方式、中斷和直接存儲器存取(DMA)內(nèi)容，以及軟件調(diào)用方法與相應的I/O程序設計。

內(nèi)容概要

本書是為電子信息類專業(yè)大學本科“微型計算機原理與系統(tǒng)設計”課程而編寫的教材，書中系統(tǒng)介紹了微型計算機的組成、微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、匯編語言程序設計及接口技術的原理和實現(xiàn)方法。全書共分10章，內(nèi)容包括微型計算機基礎知識、微處理器概述、8086/8088指令系統(tǒng)、匯編語言程序設計、主存儲器系統(tǒng)、輸入/輸出接口技術、中斷技術、常用可編程接口芯片、微型計算機總線及I/O接口標準、微處理器和計算機新技術等。　　本書可作為高等院校本科電子信息類相關專業(yè)的教材，也可作為相關技術人員或愛好者的參考書。

書籍目錄

第1章　概述　1.1　緒論　　1.1.1　計算機發(fā)展史簡介　　1.1.2　計算機的特點　　1.1.3　計算機應用領域和發(fā)展方向　　1.1.4　計算機語言的發(fā)展　1.2　計算機系統(tǒng)的硬、軟件組成　　1.2.1　計算機的硬件組成　　1.2.2　馮·諾依曼結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu)的存儲器設計思想　　1.2.3　計算機軟件系統(tǒng)　1.3　計算機的工作過程和主要性能指標　　1.3.1　計算機的工作過程　　1.3.2　計算機的主要性能指標　1.4　微處理器發(fā)展歷程　1.5　基礎知識　　1.5.1　數(shù)和數(shù)制　　1.5.2　帶符號數(shù)的表示　　1.5.3　真值與機器數(shù)之間的轉(zhuǎn)換　　1.5.4　補碼的加減運算　　1.5.5　數(shù)的進位和溢出　　1.5.6　數(shù)的定點與浮點表示法　　1.5.7　計算機中常用的編碼　習題1第2章　8086/8088系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與80x86微處理器　2.1　微處理器　　2.1.1　概述　　2.1.2　微處理器的主要技術參數(shù)　　2.1.3　微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)　　2.1.4　微處理器的外部結(jié)構(gòu)　2.2　8086/8088CPU的功能結(jié)構(gòu)　2.3　8086/8088寄存器結(jié)構(gòu)　　2.3.1　通用寄存器組　　2.3.2　段寄存器組　　2.3.3　控制寄存器組　2.4　8086/8088存儲器組織和I/O組織　　2.4.1　存儲器地址空間和數(shù)據(jù)存儲格式　　2.4.2　存儲器的分段和物理地址的形成　　2.4.3　信息的分段存儲與段寄存器關系　　2.4.4　8086/8088I/O組織　2.5　Intel80x86系列高檔微處理器簡介　　2.5.1　80286微處理器　　2.5.2　80386微處理器　　2.5.3　80486微處理器　　2.5.4　新一代微處理器Pentium　　2.5.5　雙核微處理器　習題2第3章　8086/8088指令系統(tǒng)　3.1　8086/8088指令格式　3.2　8086/8088尋址方式　　3.2.1　數(shù)據(jù)尋址方式　　3.2.2　轉(zhuǎn)移地址尋址方式　3.3　8086/8088指令系統(tǒng)　　3.3.1　數(shù)據(jù)傳送指令　　3.3.2　算術運算指令　　3.3.3　邏輯運算指令　　3.3.4　控制轉(zhuǎn)移類指令　　3.3.5　串操作指令　　3.3.6　處理器控制指令　習題3第4章　匯編語言程序設計　4.1　8086匯編語言的語句　　4.1.1　指令性語句　　4.1.2　指示性語句　　4.1.3　有關屬性　4.2　8086匯編語言中常數(shù)、標號、變量及表達式　　4.2.1　常數(shù)、標號和變量　　4.2.2　符號定義偽指令語句　　4.2.3　表達式　4.3　匯編語言源程序結(jié)構(gòu)　　4.3.1　匯編語言源程序的段定義　　4.3.2　匯編語言的過程定義　　4.3.3　標準程序返回方式　　4.3.4　匯編結(jié)束語句END　　4.3.5　匯編語言源程序結(jié)構(gòu)　4.4　匯編語言程序設計　　4.4.1　順序程序　　4.4.2　分支程序　　4.4.3　循環(huán)程序　　4.4.4　子程序　　4.4.5　DOS系統(tǒng)功能調(diào)用　　4.4.6　字符串處理程序　4.5　宏定義與宏調(diào)用　　4.5.1　宏定義　　4.5.2　宏調(diào)用與宏展開　　4.5.3　宏指令與子程序的區(qū)別　4.6　匯編語言程序的上機過程　　4.6.1　編輯、匯編與連接　　4.6.2　匯編過程　習題4第5章　PC系統(tǒng)總線　5.1　系統(tǒng)總線　　5.1.1　概述　　5.1.2　總線的分類　　5.1.3　總線性能指標及總線接口電路　　5.1.4　總線通信控制　　5.1.5　總線管理　5.2　8086系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)和時序　　5.2.1　兩種工作方式公用引腳定義　　5.2.2　最小方式下引腳定義和系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)　　5.2.3　最大方式下引腳定義和系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)　　5.2.4　8086系統(tǒng)總線時序　5.3　ISA和EISA總線　　5.3.1　ISA總線　　5.3.2　EISA總線　　5.3.3　使用EISA總線的PC　5.4　PCI總線　　5.4.1　PCI總線特點與結(jié)構(gòu)　　5.4.2　PCI信號定義　　5.4.3　PCI插槽和總線命令　　5.4.4　PCI總線數(shù)據(jù)傳輸過程　　5.4.5　PCI總線仲裁　　5.4.6　PCI總線配置　5.5　USB總線　　5.5.1　概述　　5.5.2　USB系統(tǒng)組成　　5.5.3　USB系統(tǒng)的接口信號和電氣特性　　5.5.4　USB數(shù)據(jù)流類型和傳輸類型　　5.5.5　USB2.0的補充——OTG技術　5.6　PCIExpress總線　　5.6.1　概述　　5.6.2　PCIExpress總線技術特點　　5.6.3　PCIExpress總線的數(shù)據(jù)傳輸　習題5第6章　存儲器系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)　6.1　存儲系統(tǒng)的組成　　6.1.1　存儲器分類　　6.1.2　存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)　6.2　主存儲器的組織　　6.2.1　主存儲器的基本結(jié)構(gòu)　　6.2.2　主存儲器的單元　　6.2.3　主存儲器的主要技術指標　6.3　隨機存儲器(RAM)　　6.3.1　靜態(tài)RAM　　6.3.2　動態(tài)RAM　6.4　只讀存儲器ROM　　6.4.1　掩膜ROM　　6.4.2　可編程存儲器PROM　　6.4.3　可擦除、可再編程存儲器EPROM　　6.4.4　Flash存儲器　6.5　存儲器接口技術　　6.5.1　存儲器芯片的擴展　　6.5.2　存儲芯片的地址和片選　　6.5.3　PC系列機的存儲器接口　　6.5.4　存儲器接口設計舉例　6.6　高速緩沖存儲器　　6.6.1　概述　　6.6.2　內(nèi)部高速緩存　　6.6.3　外部高速緩存　6.7　提高主存儲器讀／寫的技術　　6.7.1　SDRAM　　6.7.2　DDRSDRAM　　6.7.3　DDR2SDRAM和DDR3SDRAM　習題6第7章　輸入／輸出系統(tǒng)　7.1　I/O接口技術概述　　7.1.1　I/O接口　　7.1.2　CPU與外設交換的信息　　7.1.3　I/O接口的功能和基本結(jié)構(gòu)　　7.1.4　I/O端口的編址　　7.1.5　I/O端口讀/寫技術　7.2　CPU與外設之間數(shù)據(jù)傳送的方式　　7.2.1　程序傳送方式　　7.2.2　程序中斷控制方式　　7.2.3　存儲器直接存取方式（DMA）　7.3　中斷系統(tǒng)　　7.3.1　中斷的基本概念　　7.3.2　中斷優(yōu)先級和中斷的嵌套　7.4　8086/8088中斷系統(tǒng)　　7.4.1　中斷類型　　7.4.2　中斷向量表　　7.4.3　8086/8088中斷處理過程　　7.4.4　中斷服務程序的設計　7.5　可編程中斷控制器Intel8259A　　7.5.1　8259A的功能　　7.5.2　8259A的編程　　7.5.3　8259A的工作方式　　7.5.4　8259A應用舉例　7.6　DMA傳送和DMA控制器8237　　7.6.1　DMA傳送的基本原理　　7.6.2　DMA控制器8237的結(jié)構(gòu)和引腳　　7.6.3　DMA的工作方式和時序　　7.6.4　內(nèi)部寄存器的功能及端口尋址　　7.6.5　8237在系統(tǒng)中的應用　習題7第8章　可編程接口芯片第9章　微處理器的技術發(fā)展第10章　高性能微型計算機技術概述附錄A　8086/8088指令系統(tǒng)表參考文獻

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《微機原理與接口技術》：電子信息與電氣學科規(guī)劃教材·電子信息科學與工程類專業(yè)

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