32位微機原理與接口技術

前言

　　微機原理與接口技術是計算機、信息、通信、自動化等專業(yè)教育中一門十分重要的專業(yè)基礎課。本書編寫的目的是讓讀者從理論和實踐上掌握微型計算機的工作原理、匯編語言程序設計、微機的基本組成及常用接口技術，建立微機系統(tǒng)整體概念，了解當今計算機硬件的新技術和新理論。通過對本書內(nèi)容的學習，讀者可以比較系統(tǒng)地了解微機系統(tǒng)的組成原理及其硬件結構，掌握匯編語言的程序設計，掌握基本微機系統(tǒng)的接口電路的設計及編程方法，具備微機應用系統(tǒng)軟、硬件開發(fā)的初步能力。　　當今微處理器的發(fā)展一直遵循著名的“摩爾定律”。從20世紀70年代后期出現(xiàn)第三代16位微處理器至今，CPU經(jīng)歷了飛速發(fā)展。在微型計算機中，CPU已經(jīng)從32位更換為64位，從單核CPU更換為多核CPU。在令人眼花繚亂的背后，是技術與制造工藝的不斷創(chuàng)新。不過，原理性的東西并沒有發(fā)生太大的變化，而且當前32位CPU在市場上，特別是在嵌入式系統(tǒng)中還占主流。因此，本書在編寫過程中以Intel公司的IA32系列微處理器為主線，重點講述微處理器的工作原理。　　全書共分13章，從內(nèi)容組織上可分為四大部分：微機原理、匯編語言程序設計、微機組成及接口技術。微機原理部分主要包括第2章、第3章和第13章。匯編語言程序設計在第4章。微機組成主要包括第5章、第6章、第8章和第12章，這是構成一臺微機的必要組成部分。接口技術則包括第7章、第9章、第10章和第11章。　　第1章是基礎知識部分。介紹了計算機的一些基礎知識，主要包括計算機發(fā)展簡史、微型計算機系統(tǒng)的結構及其主要技術指標、計算機中的數(shù)制、布爾代數(shù)基礎、邏輯電路基礎、二進制數(shù)的運算及其加法電路、計算機中的編碼、浮點數(shù)基本概念等。　　第2章從微機的簡化模型入手，開始講述微機的內(nèi)部工作原理；然后以16位微處理器8086為過渡，講述IA-32架構微處理器的功能結構及編程結構；最后以32位微處理器Pentium為例，講述32位微處理器的外部引腳及工作時序?！　〉?章介紹了IA32系列微處理器的尋址方式及其基本指令集?！　〉?章介紹宏匯編語言程序的結構、偽指令以及程序設計的一般過程和各種基本程序結構，然后介紹系統(tǒng)功能調(diào)用，最后給出了大量的編程實例?！　〉?章介紹了目前微機系統(tǒng)中常用的各種總線，包括常用內(nèi)部總線PCI以及工業(yè)中常用的PC104總線等；外部總線IEEE-488總線及USB總線?！　〉?章主要討論作為內(nèi)存的半導體存儲器。在簡要介紹存儲器分類和基本存儲元件電路的基礎上，重點介紹了常用的幾種典型存儲器芯片及其與CPU之間的連接與擴展問題，并簡要介紹了目前廣泛應用的幾種新型存儲器?！　〉?章介紹了接口技術的基礎知識，包括接口的定義、功能及結構，I/O端口的編址方式以及CPU與外設之間的數(shù)據(jù)傳送方式。為學習后續(xù)的各類接口奠定基礎?！　〉?章介紹了計算機系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分——中斷系統(tǒng)。介紹了一般中斷系統(tǒng)概念、微機的中斷系統(tǒng)功能及中斷管理專用芯片8259A?！　〉?章介紹了并行通信及定時/計數(shù)技術，重點介紹了可編程并行接口芯片8255及可編程定時/計數(shù)器8253的用法。　　第10章介紹了串行通信技術以及串行通信接口芯片8251A。　　第11章介紹了數(shù)模和模數(shù)轉換的原理以及常用A/D、D/A芯片的功能。　　第12章介紹了為實現(xiàn)大批量數(shù)據(jù)的快速傳輸而采用的DMA傳送方式。重點介紹了DMA控制器8237?！　〉?3章介紹了IA32系列微處理器保護模式下的運行機制及編程方法。本章內(nèi)容可作為選學部分。　　本書第1章由曲英杰編寫；第2章和第12章由馬興錄編寫；第3章和第4章由范瑋編寫；第5章和第6章由宋廷強編寫；第7章和第8章由陳為編寫；第9章和第10章由朱桂新編寫；第11章和第13章由肖傳偉編寫。全書由馬興錄統(tǒng)稿?！　∮捎诰幷叩膶嶋H工作經(jīng)驗及水平的限制，本書必會存在一些不當之處，懇請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書以Intel公司的IA32系列微處理器為主線，系統(tǒng)講述了微機原理、匯編語言程序設計、微型計算機的組成以及接口技術。微機原理部分主要包括：32位微處理器的工作原理及其指令系統(tǒng)。匯編語言程序設計詳細講述了匯編語言程序結構、開發(fā)過程、系統(tǒng)功能調(diào)用、結構化程序設計，并列舉了大量編程實例。微型計算機的組成部分主要包括：總線技術、存儲器系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)以及DMA控制器。接口技術部分包括I/O系統(tǒng)、并行接口、定時/計數(shù)器、中斷控制器、串行通信接口、模擬接口等內(nèi)容。最后，還簡單介紹了32位微處理器的保護模式，為讀者在保護模式下進行開發(fā)奠定基礎。     本書在每章后面配有習題，并有配套的《32位微機原理與接口技術實驗指導》及電子課件可供選用。     本書可作為高等院校本科教材使用，也可供工程技術人員參考。     本書實驗項目基于先進的嵌入式微機原理實驗箱進行設計，實驗項目切合實際，涉及接口種類豐富，融合了多種微機應用技術，是學習微機原理與接口技術課程的實用教材。     本書可以作為高等院校理工科電子信息、自動化、電氣工程、機電等相關專業(yè)任課教師的教學用書，以及本、?？茖W生實驗參考用書，也可供工程技術人員參考。

書籍目錄

第1章　計算機基礎　1.1　緒論　　1.1.1　電子計算機發(fā)展簡史　　1.1.2　計算機應用領域及發(fā)展趨勢　　1.1.3　微型計算機系統(tǒng)的組成及其主要技術指標　1.2　計算機中的數(shù)制　　1.2.1　數(shù)制的基本概念　　1.2.2　數(shù)制之間的轉換　1.3　布爾代數(shù)基礎　　1.3.1　基本邏輯運算　　1.3.2　基本運算規(guī)律　　1.3.3　邏輯函數(shù)的表示方法　　1.3.4　真值表與邏輯表達式之間的相互轉換　　1.3.5　邏輯函數(shù)的化簡　1.4　邏輯電路基礎　1.5　二進制數(shù)的運算及其加法電路　　1.5.1　二進制數(shù)據(jù)算術運算規(guī)則　　1.5.2　半加器電路設計　　　　1.5.3　全加器電路設計　　1.5.4　多位二進制數(shù)的加法電路設計　1.6　計算機中的編碼　　1.6.1　二進制數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼方法　　1.6.2　補碼加法器/減法器電路　　1.6.3　其他編碼　1.7　浮點數(shù)基本概念　習題第2章　微處理器　2.1　微型計算機簡化模型　　2.1.1　微型計算機的總體結構　　2.1.2　簡化模型的組成　　2.1.3　模型機的運行過程　　2.1.4　指令系統(tǒng)　2.2　處理器的功能結構　　2.2.1　IA-32架構微處理器的發(fā)展歷史　　2.2.2　微處理器的功能結構　　2.2.3　Pentium微處理器的功能結構　2.3　IA-32微處理器的編程結構　　2.3.1　IA-32微處理器的工作模式　　2.3.2　IA-32微處理器的編程結構　　2.3.3　存儲器組織　2.4　Pentium微處理器的外部引腳　2.5　Pentium微處理器的典型工作時序　習題第3章　指令系統(tǒng)　3.1　概述　3.2　尋址方式　3.3　IA32微處理器的基本指令集　　3.3.1　數(shù)據(jù)傳送指令　　3.3.2　算術運算類指令　　3.3.3　邏輯指令　　3.3.4　串處理指令　　3.3.5　控制轉移指令　　3.3.6　處理機控制指令　習題第4章　匯編語言程序設計　4.1　匯編語言語句　　4.1.1　匯編語言語句種類及其格式　　4.1.2　匯編語言語句中各項的表示方法　4.2　偽指令　　4.2.1　處理器選擇偽指令　　4.2.2　段定義偽指令　　4.2.3　假定偽指令　　4.2.4　數(shù)據(jù)定義偽指令　　4.2.5　符號定義偽指令　　4.2.6　地址計數(shù)器與定位偽指令　　4.2.7　過程（子程序）定義偽指令　　4.2.8　源程序開始和結束偽指令　4.3　匯編語言程序的結構　4.4　匯編語言程序的開發(fā)過程　4.5　匯編語言程序結構設計　　4.5.1　順序程序設計　　4.5.2　分支程序設計　　4.5.3　循環(huán)程序設計　　4.5.4　子程序設計　　4.5.5　宏指令　4.6　系統(tǒng)功能調(diào)用　　4.6.1　鍵盤功能調(diào)用　　4.6.2　顯示功能調(diào)用　　4.6.3　返回操作系統(tǒng)　4.7　匯編語言設計實例　　4.7.1　鍵盤及顯示器操作　　4.7.2　代碼轉換　　4.7.3　數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理　　4.7.4　字符串處理　習題第5章　總線技術　5.1　總線的基本概念　　5.1.1　總線的分類　　5.1.2　總線標準　　5.1.3　總線主要性能指標　　5.1.4　總線控制部件與總線傳輸　　5.1.5　總線的層次化結構　5.2　常用內(nèi)部總線　　5.2.1　STD總線　　5.2.2　PC系列總線　5.3　常用外部總線　　5.3.1　IEEE-488總線　　5.3.2　通用串行總線　習題第6章　存儲器系統(tǒng)　6.1　概述　　6.1.1　存儲系統(tǒng)的層次結構　　6.1.2　半導體存儲器的分類　　6.1.3　存儲器的基本組成　　6.1.4　存儲器的主要技術指標　6.2　常用存儲器　　6.2.1　隨機存儲器　　6.2.2　只讀存儲器　　6.2.3　閃存　　6.2.4　常用存儲器參數(shù)　6.3　存儲器擴展技術　6.4　存儲器與CPU的連接　　6.4.1　存儲器與CPU連接時問題　　6.4.2　常用譯碼電路　　6.4.3　存儲器連接舉例　習題第7章　輸入輸出接口　7.1　概述　　7.1.1　設置接口電路的目的　　7.1.2　接口的基本功能　　7.1.3　接口電路中的信息　　7.1.4　接口的基本結構　7.2　I/O端口的編址　　7.2.1　I/O端口的編址方式　　7.2.2　端口地址譯碼　7.3　CPU與外設之間的數(shù)據(jù)傳送方式　　7.3.1　程序控制方式　　7.3.2　中斷傳送方式　　7.3.3　直接存儲器存取方式　習題第8章　中斷系統(tǒng)　8.1　中斷的基本概念　　8.1.1　中斷的定義　　8.1.2　中斷請求信號的產(chǎn)生　　8.1.3　中斷優(yōu)先級　　8.1.4　中斷過程　8.2　微型計算機的中斷系統(tǒng)　　8.2.1　中斷的分類和中斷類型碼　　8.2.2　中斷向量和中斷向量表　　8.2.3　中斷響應過程與時序　8.3　可編程中斷控制器8259A　　8.3.1　A的內(nèi)部結構和工作原理　　8.3.2　引腳信號　　8.3.3　A的工作過程　　8.3.4　A的工作方式　　8.3.5　A的編程　　8.3.6　A的級聯(lián)　　8.3.7　A的應用舉例　習題第9章　并行接口及定時/計數(shù)技術　9.1　并行接口概述　9.2　并行接口芯片A　　9.2.1　A的內(nèi)部結構　　9.2.2　A的引腳功能　　9.2.3　A的工作方式　　9.2.4　A的編程及應用　9.3　可編程定時/計數(shù)器8253　　9.3.1　3芯片結構及引腳　　9.3.2　3的讀寫以及初始化操作　　9.3.3　3的工作方式以及時序　　9.3.4　3應用舉例　習題第10章　串行通信接口　10.1　串行接口與通信概述　　10.1.1　串行通信方式　　10.1.2　數(shù)據(jù)傳送方式　　10.1.3　信號傳輸方式　10.2　串行接口標準　　10.2.1　RS-232-C總線　　10.2.2　RS-422和RS-485總線　10.3　可編程串行接口芯片8251A　　10.3.1　1A的基本性能　　10.3.2　1A的內(nèi)部結構　　10.3.3　1A的引腳功能　　10.3.4　1A的編程　　10.3.5　1A應用舉例　習題第11章　模/數(shù)和數(shù)/模轉換　11.1　數(shù)/模(D/A)轉換器　　11.1.1　數(shù)/模（D/A）轉換器的工作原理　　11.1.2　數(shù)/模（D/A）轉換器的主要性能參數(shù)　　11.1.3　數(shù)/模（D/A）轉換器及接口電路　11.2　模/數(shù)（A/D）轉換器　　11.2.1　A/D轉換器的工作原理　　11.2.2　模/數(shù)（A/D）轉換器的主要性能參數(shù)　　11.2.3　模/數(shù)（A/D）轉換器芯片及接口電路　習題第12章　DMA控制器　12.1　概述　12.2　DMA控制器8237A　　12.2.1　A的功能結構和外部引腳　　12.2.2　A的通道操作過程　　12.2.3　A的內(nèi)部寄存器　12.3　A的編程　習題第13章　保護模式　13.1　保護模式內(nèi)存管理　　13.1.1　分段與分頁　　13.1.2　邏輯地址和線性地址　　13.1.3　段選擇子與段描述符　　13.1.4　全局描述符表（GDT）和局部描述符表（LDT）　　13.1.5　段寄存器　　13.1.6　分頁與分段管理　　13.1.7　頁表和頁目錄表　　13.1.8　段到頁的映射　13.2　保護模式下任務管理　　13.2.1　任務結構　　13.2.2　任務狀態(tài)　　13.2.3　執(zhí)行任務　　13.2.4　任務管理數(shù)據(jù)結構　　13.2.5　任務切換　13.3　保護模式下的中斷和異?！　?3.3.1　中斷和異常的分類　　13.3.2　異常和中斷向量　　13.3.3　中斷和異常的處理過程　　13.3.4　中斷描述符表（IDT）　　13.3.5　特權指令　13.4　輸入/輸出保護　　13.4.1　輸入/輸出保護　　13.4.2　重要標志保護　習題參考文獻

章節(jié)摘錄

　　終止類異常不保證進程或任務重新開始的可靠性。通常終止處理例程的作用是：在終止異常發(fā)生時收集有關處理器狀態(tài)的各種診斷信息，并盡可能正常地關閉應用程序和系統(tǒng)。　　中斷必須絕對支持不失連續(xù)性的條件下重新開始被中斷的進程和任務。保存的返回指令指針指向發(fā)生中斷的下一條指令。如果將要執(zhí)行的指令帶有重復前綴，則中斷發(fā)生在相關寄存器當前迭代結束下次迭代開始執(zhí)行之前?！　√幚砥鲗Ξ惓：椭袛嗾{(diào)用的處理方式與用CALL指令調(diào)用例程和任務的處理十分相似。響應異常和中斷時，處理器將異常或中斷向量作為IDT中描述符的索引。若該索引指向一個中斷門或陷阱門，那么處理器會像處理CALL指令引用調(diào)用門一樣，引用異常或中斷例程。若該索引指向的是任務門，處理器則執(zhí)行任務切換，切換到異?；蛑袛嗵幚砝蹋c用CALL指令調(diào)用一個任務門相似?！　≈赶虍惓；蛑袛嗵幚砝痰闹袛嚅T或陷阱門運行在當前進程的場景中。門的段選擇子指向位于GDT或當前LDT中的可執(zhí)行代碼段的段描述符。門描述符中的偏移指向異?；蛑袛嗵幚砝痰娜肟凇！　‘斕幚砥鲌?zhí)行一個對異?；蛑袛嗵幚砝痰恼{(diào)用時：　　如果將要執(zhí)行的處理例程特權級數(shù)值較小，就進行棧切換。當棧切換發(fā)生時：　?、偬幚沓绦蚴褂脳５亩芜x擇子和棧指針是從當前運行任務的TSS中獲取的。處理器把被中斷例程的棧段選擇子和棧指針壓入新的棧中?！　、谔幚砥麟S后把EFLAGS寄存器、CS寄存器、EIP寄存器的當前值保存進新棧中?！　、廴绻惓Ｍ瑫r產(chǎn)生了一個錯誤碼，則把它壓入棧中，位于EIP之后。　　如果將要執(zhí)行的處理例程與被中斷的例程特權級相同：　?、偬幚砥髟诋斍皸Ｖ斜４娈斍癊FLAGS寄存器、CS寄存器和EIP寄存器的值?！　、谌绻惓５腻e誤碼也保存在那里，則把它保存在當前棧的EIP值之后。

圖書封面

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