微型機原理與技術

前言

2007年，筆者受清華大學出版社特邀，面向普通高等院校計算機專業(yè)編寫一本既體現(xiàn)最新計算機技術、又更注重易懂性的教材。正好我們剛改完《微型計算機技術及應用》（第4版）最后一遍，這樣，本書雖然名義上是第2版，但實際上是在《微型計算機技術及應用》第4版基礎上編著。長期以來，許多兄弟院校同行和筆者成為學術距離很近的朋友，常通過郵件和電話交流意見。正是基于他們真誠切實的提議、要求和希望，確立了編著本書第2版的指導思想： 從內容上，以當前最先進的Pentium為主線，涵蓋微型機最新最關鍵的技術；從講法上，不依托于其他課程，由淺入深，遵循認知規(guī)律，從初學者角度著想來組織內容；從文字上，盡可能通俗易懂，并注重總結歸納。總的目的就是我們幾十年教學生涯的宗旨： 使學生對計算機關鍵技術深入理解、牢固掌握、靈活應用。與第1版相比，第2版在下面幾方面做了改進：① 刪除了有關16位微型機的大部分內容。② 將Pentium的中斷機制、保護技術、工作方式、流水線技術、段/頁兩級存儲管理機制、指令系統(tǒng)，以及匯編語言程序設計，液晶顯示器的原理，PCI總線技術和Pentium整機系統(tǒng)作為重點更新內容，反復推敲、反復修改，有些章節(jié)從初稿到定稿，曾修改12遍之多。③ 有些章節(jié)對多數(shù)專業(yè)不是必修內容，可以自學，包括第3、第11～第14章，但對于軟件和控制等專業(yè)，某些章節(jié)又是必需的。編寫這些章節(jié)時，更側重于通俗性，對于關鍵點則加了更多的例子和說明，以便于自學。④ 對第1版所有保留的章節(jié)，從文字上進行三遍以上修改，以期望更加條理清晰、深入淺出。本書在教學使用中，可根據五種情況選擇： 一是對普通高校計算機專業(yè)，一般按64學時安排，可選第1、第2、第4～第10、第15和第16章及3.3節(jié)；二是對軟件專業(yè)，可加選第3章；三是對控制專業(yè)，加選第11章；四是對已設置匯編語言程序設計課的專業(yè)，可不選第2、第3章，而另加第12～第14章；五是對?？圃盒?，可不講高速緩存技術，大幅度壓縮PCI總線部分，并對每章再做簡略，一般按48學時安排。第3章為筆者設計20000多行匯編語言程序基礎上所總結編寫，雖然大多數(shù)學校不必全部講述，但讀者通讀一遍仍會獲益良多。電子課件為全書配置了教案，并提出教學建議和重點，這是在聽取眾多同行意見基礎上設計的，使用中可按具體情況作選擇和修改。有兄弟院校老師評價《微型計算機技術及應用》一書： “不但有利于在教學中對學生的能力培養(yǎng)和素質培養(yǎng)，而且也使采用本書的教師感到得心應手”。筆者期望在第4版《微型計算機技術及應用》基礎上專門為普通高校編寫的本書第2版給使用者帶來同樣的感受。 編輯推薦本書特色：面向高等學校 本書是專為普通高校計算機系本科生《微型機原理》或《微型機技術》配置的教材。是在本書（第1版）和《微型計算機技術及應用》（第4版）基礎上修改而成的，不依托于其他課程，面向初學者。注重先進性，注重認知規(guī)律 在選材、內容組織和講述中精心考慮，以Pentium為核心，闡述最先進的微型機技術，深入淺出。特別可貴的是，基于作者長年的教學和科研工作，以及與Intel公司多年直接聯(lián)系，本書在國內外首次準確地剖析和闡明了多個精巧技術的由來、設計方法和優(yōu)化思路。實用性強，例題豐富，注意總結 融入了許多科研成果和實例，有助于讀者對技術關鍵和難點的準確理解和靈活應用。對重點內容和關鍵技術，既有深入細致的分析，又有簡單明了的概括和總結。有配套輔助教材 本書有配套的《微型機原理與技術（第2版）——習題、實驗題和綜合訓練題集》，其中，習題針對本書相應章節(jié)的關鍵技術；實驗題則針對最重要和實用的內容；綜合訓練題使教學更切合日新月異的技術發(fā)展情況；最后附有2份模擬試卷及答案。有配套的演示文稿 為協(xié)助教學，設計了一套演示文稿，含48學時和64學時兩種教案，并列出了教學重點。此外，作者基于長期從教經歷，闡述了關于本課程的教學體會和建議。不需要購買實驗系統(tǒng) 在聽取許多同行意見基礎上，配套教材中提供了一套全新的綜合訓練題，代替了以往利用落后于當前技術的實驗系統(tǒng)做硬件實驗的方法，而更有利于提高學生分析問題和解決問題的綜合能力。

內容概要

　　本書是專為普通高校計算機專業(yè)本科生“微型機技術”和“計算機原理”等課程配置的教材。是在本書第1版和《微型計算機技術及應用》第4版基礎上，針對普通高校的特點而編寫的。本書不依托于其他課程，以Pentium為核心，由淺人深地從硬件、軟件和系統(tǒng)三方面講述當前最先進的微型機原理與技術。　　書中在對計算機系統(tǒng)進行概述之后，講述Pentium指令系統(tǒng)和匯編語言程序設計方法；接著分析32位微處理器Pentium的關鍵技術；然后闡述了存儲器管理技術和高速緩存技術；接著講解了主機和外設之間的各種數(shù)據傳輸方式；隨后，講述微型機的接口技術，逐一講解了各關鍵接口部件包括多功能部件的原理和應用，并通過綜合應用舉例，將多個接口技術匯合在一起，加深理解和掌握；此后．結合鍵盤和鼠標、CRT和液晶顯示器、打印機、磁盤和光盤，講述了主要外設的原理與技術；然后以PCI總線為重點講解總線技術；最后講述Pentium主機系統(tǒng)的結構，以建立對微型機系統(tǒng)的整體觀念。　　本書對重點技術都結合實例予以說明，并進行歸納和總結，以利于讀者深入理解、牢固掌握和靈活應用，對關鍵技術盡量闡述其設計思想和創(chuàng)新點，以啟發(fā)和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力?！　∽髡呋谏詈竦慕虒W和科研功底，以一貫精益求精的科學作風，對各章內容的選擇、組織和表述進行了精心考慮，特別注重符合初學者的認知規(guī)律，對所有技術都講得條理清晰、深入淺出、通俗易懂?！　”緯勺鳛槠胀ǜ叩仍盒Ｓ嬎銠C系本科生和電子類本科生的教材；由于注意了盡量減少對其他專業(yè)課的依托性，所以，也可作為非計算機專業(yè)教材；對于從事微型機技術研究和應用的科研人員，本書也是一本內容翔實、可讀性非常好的參考書。

作者簡介

戴梅萼，1946年出生，上海市人，1964年由上海中學入清華大學自動控制系，1970年畢業(yè)，1981年獲清華大學工學碩士學位，現(xiàn)任清華大學計算機系教授。自研究生畢業(yè)后，長年從事微型計算機技術的教學和科研。曾作為主要完成人或項目負責人，由于出色完成“六五”、“七五”、“八

書籍目錄

第1章　計算機系統(tǒng)概述  1.1　系統(tǒng)組成與結構    1.1.1  硬件系統(tǒng)    1.1.2　軟件系統(tǒng)    1.1.3　層次結構  1.2　系統(tǒng)配置與主要指標  1.3　基本原理和工作過程    1.3.1　馮·諾依曼型計算機    1.3.2　數(shù)制及其轉換    1.3.3　算術與邏輯運算    1.3.4　指令執(zhí)行過程    1.3.5　系統(tǒng)運行過程第2章　指令系統(tǒng)  2.1　計算機的編程結構    2.1.1  寄存器    2.1.2　存儲器    2.1.3　輸入/輸出端口  2.2　操作數(shù)的尋址方式    2.2.1　立即尋址和寄存器尋址    2.2.2　輸入/輸出端口尋址    2.2.3　存儲器尋址    2.2.4　關于地址的尋址  2.3　Pentium的指令系統(tǒng)    2.3.1　傳送指令    2.3.2　算術運算指令    2.3.3　邏輯運算和位操作指令    2.3.4  串操作指令及其重復前綴    2.3.5　控制類指令第3章　匯編語言程序設計  3.1　匯編語言    3.1.1　匯編語言概述    3.1.2　語句的類型和格式    3.1.3　運算符  3.2　偽指令    3.2.1　段定義和段約定偽指令    3.2.2　數(shù)據定義偽指令    3.2.3　其他偽指令  3.3　程序設計    3.3.1　順序程序設計    3.3.2　轉移和循環(huán)指令    3.3.3　分支程序設計    3.3.4　循環(huán)程序設計    3.3.5  調用和中斷類指令及其應用    3.3.6　子程序設計  3.4　典型匯編語言程序設計    3.4.1  數(shù)碼轉換    3.4.2　排序    3.4.3　對半檢索第4章　32位微處理器Pentium  4.1　從邏輯結構的演變看微處理器的發(fā)展    4.1.1  8086的邏輯結構    4.1.2  80386的邏輯結構    4.1.3  Pentium的邏輯結構  4.2  Pentium采用的先進技術  4.3  Pentium的寄存器  4.4  Pentium的主要信號及其含義  4.5  Pentium的總線狀態(tài)和總線周期    4.5.1  Pentium的總線狀態(tài)    4.5.2  Pentium的總線周期  4.6  Pentium的工作方式  4.7  Pentium的中斷技術    4.7.1  實地址方式的中斷機制和中斷技術    4.7.2  虛地址方式的中斷機制  4.8  Pentium的保護技術  4.9  Pentium系列微處理器的技術發(fā)展第5章　存儲器、存儲管理和高速緩存技術  5.1　存儲器件和存儲器    5.1.1　存儲器的分類和性能指標    5.1.2　隨機存取存儲器和只讀存儲器    5.1.3　存儲器的行列結構、應用舉例以及容量擴充  5.2　存儲器的體系結構    5.2.1　層次化的存儲器體系結構　……第6章　計算機和外設的數(shù)據傳輸?shù)?章　串/并行通信及其接口技術第8章　中斷控制器的編程結構、工作方式及編程第9章　DMA控制器的編程結構及編程第10章　計數(shù)器/定時器和多功能接口芯片第11章　模/數(shù)、數(shù)/模轉換及綜合應用第12章　輸入設備的工作原理與接口技術第13章　輸出設備的工作原理與接口技術第14章　外存儲器的原理與技術第15章　總線技術第16章　Pentium計算機系統(tǒng)的結構參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：于是，將IR中斷處理程序暫時掛起，而轉入IR：的中斷處理程序。此時，ISz置位，IS仍保持置位，表示這兩級中斷均未處理完畢。IR中斷處理程序結束前，必須執(zhí)行中斷結束命令使Is。復位，再執(zhí)行中斷返回指令，才能返回IR中斷處理程序。此后，如又有I Rc～IR。中斷請求，則又會出現(xiàn)中斷嵌套。由此可見，系統(tǒng)真正按照全嵌套方式工作是有一定條件的，即：①主程序必須執(zhí)行開中斷指令，使IF為1，才有可能響應中斷。②每當進入中斷處理程序時，系統(tǒng)會自動關中斷，所以，只有中斷處理程序中再次開中斷，才有可能與較高級的中斷形成嵌套結構。③每個中斷處理程序結束時，必須執(zhí)行中斷結束命令，清除對應的IS。位，否則，IS。一直處于置1狀態(tài)，就會影響同級和較低級的中斷請求。2.關于如何使用中斷結束命令的例子我們已知道如何按OCW。的格式來構成中斷結束命令。現(xiàn)在通過一個例子說明中斷結束命令對中斷嵌套次序的影響，從而可了解，在設計程序時如何使用中斷結束命令。設系統(tǒng)中只用一片8259A，初始化時，設置AEOI-O，即不用自動結束方式，并設當前所有的Is。和M。均為O。如圖8.4所示，系統(tǒng)在執(zhí)行主程序時，IRz和IRa引腳上同時出現(xiàn)中斷請求，然后，IR。引腳上有中斷請求，最后，引腳I R3有中斷請求。主程序執(zhí)行STI指令后，使IF為1。這時遇到中斷請求IR。和IR；，由于初始化之后，沒有設置其他工作方式，所以，按全嵌套工作方式判斷優(yōu)先級次序，IR：的優(yōu)先級比IR。高，于是，系統(tǒng)響應IR：中斷請求。IR。得到系統(tǒng)響應后，使當前中斷服務寄存器中的對應位ISz置然后，CPU開始執(zhí)行IR：中斷處理程序。這個中斷處理程序中有一條STI指令。

編輯推薦

《微型機原理與技術(第2版)》在《微型機原理與技術(第2版)》（第1版）和《微型計算機技術及應用》（第4版）基礎上修改而成的，不依托于其他課程，面向初學者?！ぷ⒅叵冗M性，注重認知規(guī)律在選材、內容組織和講述中精心考慮，以Pentium為核心，闡述最先進的微型機技術，深入淺出。特別可貴的是，基于作者長年的教學和科研工作，以及與Intel公司多年直接聯(lián)系，《微型機原理與技術(第2版)》在國內外首次準確地剖析和闡明了多個精巧技術的由來、設計方法和優(yōu)化思路?！嵱眯詮姟＠}豐富，注意總結融人了許多科研成果和實例，有助于讀者對技術關鍵和難點的準確理解和靈活應用。對重點內容和關鍵技術，既有深入細致的分析，又有簡單明了的概括和總結?！び信涮纵o助教材《微型機原理與技術(第2版)》有配套的《微型機原理與技術（第2版）一一習題、實驗題和綜合訓練題集》其中，習題針對《微型機原理與技術(第2版)》相應章節(jié)的關鍵技術；實驗題則針對最重要和實用的內容；綜合訓練題使教學更切合日新月異的技術發(fā)展情況；最后附有2份模擬試卷及答案?！び信涮椎难菔疚母鍨閰f(xié)助教學，設計了一套演示文稿，含48學時和64學時兩種教案，并列出了教學重點。此外，作者基于長期從教經歷，闡述了關于本課程的教學體會和建議?！げ恍枰徺I實驗系統(tǒng)在聽取許多同行意見基礎上，配套教材中提供了一套全新的綜合訓練題，代替了以往利用落后于當前技術的實驗系統(tǒng)做硬件實驗的方法，而更有利于提高學生分析問題和解決問題的綜合能力。

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