微機(jī)原理與接口技術(shù)

前言

微型計算機(jī)的發(fā)明與發(fā)展是人類歷史上一個重要的里程碑。自20世紀(jì)70年代第一代微型計算機(jī)在美國研制成功以來，以IBM PC為代表的個人計算機(jī)（Personal Computer，即微型計算機(jī)）迅速發(fā)展，從最初的Intel 8086/8088 16位CPU發(fā)展到當(dāng)今的64位CPU，并且尚未打破摩爾定律，即集成電路芯片集成度每18個月翻一番，運(yùn)算速度提高一倍。IBM PC具有向上兼容性，即后續(xù)32位/64位CPU的匯編指令兼容初期低檔16位CPU的匯編指令，只要工作在實地址模式下，就能執(zhí)行16位8086匯編指令。因此，微機(jī)原理與接口技術(shù)課程以8086匯編語言程序設(shè)計和常用微機(jī)接口芯片8253A、8259A、8255A、138譯碼器、A/D轉(zhuǎn)換器0809等接口技術(shù)教學(xué)為主，仍具有普遍的指導(dǎo)意義。尤其值得一提的是IBM PC匯編語言系統(tǒng)具有最完備的偽指令集和存儲器分段組織結(jié)構(gòu)，可以作為學(xué)習(xí)21世紀(jì)新型嵌入式系統(tǒng)匯編語言程序設(shè)計的基礎(chǔ)。DSP（Digital Signal Processor，數(shù)字信號處理器）和ARM（Advanced RISC Machines，先進(jìn)RISC機(jī)器，ARM也代表一個公司的名字，也可以認(rèn)為是對一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字）等普遍采用段分配偽指令、數(shù)據(jù)定義偽指令等，可以說是對IBM PC匯編語言系統(tǒng)的傳承與發(fā)展。微機(jī)原理與接口技術(shù)是電子信息類本科專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，微機(jī)原理除了介紹微型計算機(jī)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、PC的硬件配置外，主要介紹IBM匯編語言程序的設(shè)計方法。匯編語言最貼近微機(jī)的硬件與接口，通過學(xué)習(xí)匯編指令與尋址方式，可以加深理解機(jī)器指令如何實現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算，如何對外設(shè)進(jìn)行實時控制。本書兼顧介紹32位微處理器80x86（x=2，3，4）/Pentium指令系統(tǒng)，便于選修。本書接口技術(shù)部分主要介紹存儲器接口電路、I/O接口電路、地址譯碼電路、串口通信接口電路、模擬輸入電路和模擬輸出電路等接口電路的軟硬件設(shè)計方法，還介紹采用VHDL語言設(shè)計微機(jī)典型接口電路的方法，把經(jīng)典接口技術(shù)的思想與現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)普遍使用SOC技術(shù)實現(xiàn)微機(jī)接口的技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，做到學(xué)以致用。全書共分為8章，第1章介紹微型計算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展、計算機(jī)中數(shù)的表示法與編碼、數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換方法、微型計算機(jī)系統(tǒng)軟硬件的組成結(jié)構(gòu)等。第2章介紹80x86/Pentium系列微處理器的體系結(jié)構(gòu)、編程結(jié)構(gòu)、工作模式（實地址模式、保護(hù)模式），并詳細(xì)介紹了8086/8088 CPU的總線時序。第3章介紹存儲器技術(shù)，包括存儲器接口技術(shù)、存儲器管理技術(shù)、存儲器類型等。第4章對8086/8088指令編碼格式、尋址方式、指令系統(tǒng)做了詳盡介紹，還介紹了80x86/Pentium指令系統(tǒng)。第5章介紹8086匯編語言程序設(shè)計和匯編語言偽指令，介紹了80x86/Pentium的擴(kuò)展偽指令、DOS系統(tǒng)功能調(diào)用、子程序設(shè)計與調(diào)用技術(shù)、中斷服務(wù)程序設(shè)計、匯編語言與C語言的混合編程等。第6章介紹輸入輸出技術(shù)，包括I/O接口組成原理、尋址方式、地址譯碼方法、I/O中斷系統(tǒng)、可編程中斷控制芯片Intel 8259A、可編程定時器/計數(shù)器芯片Intel 8253A、并行接口技術(shù)、可編程并行接口芯片Intel 8255A、串行接口技術(shù)、串行接口芯片Intel 8251A 、UART芯片INS8250、D/A及A/D接口技術(shù)、D/A芯片DAC0832、A/D芯片ADC0809、鍵盤與LED接口技術(shù)、可編程鍵盤/顯示器接口芯片Intel 8279、DMA技術(shù)、可編程DMA控制器芯片8237A，并對8253A、8259A、8255A、138譯碼器、A/D轉(zhuǎn)換器控制器的狀態(tài)機(jī)的VHDL設(shè)計方法做了詳細(xì)介紹。第7章介紹總線技術(shù)，包括ISA總線和EISA總線、PCI總線、USB總線、高速圖形端口AGP 、I2C總線。第8章介紹模塊化編程技術(shù)、模塊之間的數(shù)據(jù)訪問技術(shù)等。本書是在微機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)的基礎(chǔ)上編寫完成的，書中許多實例和例程均在教學(xué)、實驗過程中經(jīng)過實踐檢驗，具有一定的參考價值，第1～8章結(jié)尾都附有習(xí)題與思考題。本書第1章、第6章、第8章及附錄由張小鳴編寫，其中何可人參與了1.4節(jié)的編寫； 第2章由萬軍編寫； 第3章由孫首昌編寫； 第4章由韓學(xué)超編寫； 第5章由屈霞編寫； 第7章由何可人編寫。全書由張小鳴統(tǒng)稿。在本書的編寫過程中，作者參考了國內(nèi)外的有關(guān)書籍，在此一并向所有參考文獻(xiàn)的作者表示衷心的感謝。本課程先修課程是模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、C程序設(shè)計，教學(xué)參考學(xué)時為48～64學(xué)時，教學(xué)與自學(xué)時間比為6：1左右。由于作者水平有限，書中難免存在不足之處，懇請同行專家和廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書共分為8章，講述了80x86/Pentium系列微處理器的結(jié)構(gòu)組成、寄存器結(jié)構(gòu)、總線時序、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計、I/O接口技術(shù)、總線技術(shù)等內(nèi)容，融合了一些新技術(shù)和新概念，講述詳盡、重點突出、深入淺出、全面透徹、實例典型。為適應(yīng)21世紀(jì)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展與應(yīng)用的需要，本書加強(qiáng)了數(shù)值運(yùn)算基礎(chǔ)、多模塊編程技術(shù)、C語言與匯編語言混合編程等內(nèi)容，新增了地址譯碼電路、8253A、8255A、8259A、ADC0809控制器等典型I/O接口電路的VHDL實現(xiàn)方法等章節(jié)，使經(jīng)典接口技術(shù)思想與現(xiàn)代EDA設(shè)計接口技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，為學(xué)習(xí)DSP與ARM等嵌入式系統(tǒng)打下堅實的基礎(chǔ)?！　〉?～4章介紹數(shù)值運(yùn)算基礎(chǔ)，80x86/Pentium系列微處理器的體系結(jié)構(gòu)、編程結(jié)構(gòu)、工作模式，8086/8088 CPU的總線時序、存儲器技術(shù)、80x86/Pentium指令系統(tǒng)。第5章介紹8086匯編語言程序設(shè)計。第6章介紹I/O接口技術(shù)和VHDL設(shè)計I/O接口。第7章介紹總線技術(shù)。第8章介紹模塊化編程技術(shù)。每章都附有習(xí)題與思考題。附錄中列出了8086指令系統(tǒng)一覽表、通用匯編程序偽指令一覽表、DOS功能調(diào)用、DEBUG命令、學(xué)習(xí)匯編語言程序設(shè)計易犯的錯誤等，便于讀者快速查閱與學(xué)習(xí)?！　”緯勺鳛槠胀ǜ叩仍盒Ｓ嬎銠C(jī)應(yīng)用、自動化、通信工程、電子信息等專業(yè)本科或?qū)？茖W(xué)生的微機(jī)原理與接口技術(shù)課程教材，也可供廣大科技人員自學(xué)參考。

書籍目錄

第1章　微型計算機(jī)系統(tǒng)　1.1　微型計算機(jī)系統(tǒng)概述　1.2　計算機(jī)中的數(shù)與編碼方法　　1.2.1　數(shù)制　　1.2.2　數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換　　1.2.3　二進(jìn)制編碼　　1.2.4　二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算　　1.2.5　二進(jìn)制帶符號數(shù)表示法　1.3　微型計算機(jī)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)　　1.3.1　硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　　1.3.2　軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　1.4　PC的組成結(jié)構(gòu)　　1.4.1　PC的組成　　1.4.2　PC的硬件配置　　1.4.3　主機(jī)單元　　1.4.4　外部設(shè)備　習(xí)題與思考題第2章　80x86/Pentium系列微處理器　2.1　16位微處理器編程結(jié)構(gòu)　　2.1.1　8086/8088的功能結(jié)構(gòu)　　2.1.2　8086/8088寄存器　　2.1.3　8086/8088系統(tǒng)的存儲器組織　2.2　32位微處理器編程結(jié)構(gòu)簡介　　2.2.1　工作模式　　2.2.2　80x86/Pentium的寄存器組織　　2.2.3　保護(hù)模式下的存儲器尋址　2.3　8086/8088 CPU的引腳功能　　2.3.1　引腳功能說明　　2.3.2　最小方式與最大方式　2.4　8086/8088 CPU的總線時序　　2.4.1　總線讀周期　　2.4.2　總線寫周期　　2.4.3　中斷響應(yīng)周期　　2.4.4　系統(tǒng)復(fù)位　習(xí)題與思考題第3章　存儲器技術(shù)　3.1　存儲器概述　　3.1.1　存儲器的分類　　3.1.2　存儲器的主要性能參數(shù)　3.2　存儲器的連接　　3.2.1　存儲器的地址連接　　3.2.2　存儲器的數(shù)據(jù)線及控制線連接　3.3　存儲器管理　　3.3.1　IBM PC/XT中存儲空間的分配　　3.3.2　擴(kuò)展存儲器及其管理　3.4　內(nèi)部存儲器技術(shù)的發(fā)展　　3.4.1　擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出動態(tài)隨機(jī)訪問存儲器　　3.4.2　同步動態(tài)隨機(jī)訪問存儲器　　3.4.3　突發(fā)存取高速動態(tài)隨機(jī)存儲器　3.5　外部存儲器簡介　　3.5.1　硬盤及硬盤驅(qū)動器　　3.5.2　光盤存儲器　　3.5.3　移動存儲器　習(xí)題與思考題第4章　80x86/Pentium指令系統(tǒng)　4.1　8086/8088指令編碼　　4.1.1　8086/8088指令編碼格式　　4.1.2　指令執(zhí)行時間　4.2　8086/8088尋址方式　　4.2.1　非存儲器尋址方式　　4.2.2　存儲器尋址方式　4.3　8086/8088指令系統(tǒng)　　4.3.1　數(shù)據(jù)傳送類指令　　4.3.2　算術(shù)運(yùn)算類指令　　4.3.3　邏輯運(yùn)算與移位類指令　　4.3.4　串操作類指令　　4.3.5　控制轉(zhuǎn)移類指令　　4.3.6　處理器控制類指令　4.4　80x86/Pentium指令格式與尋址方式　　4.4.1　80x86/Pentium CPU指令格式　　4.4.2　80x86/Pentium尋址方式　4.5　80x86/Pentium指令系統(tǒng)　　4.5.1　80286指令系統(tǒng)　　4.5.2　80386增強(qiáng)和新增指令　　4.5.3　80486新增指令　　4.5.4　Pentium系列處理器新增指令　習(xí)題與思考題第5章　匯編語言程序設(shè)計　……第6章　輸入輸出技術(shù)第7章　總線技術(shù)第8章　多模塊編程技術(shù)參考文獻(xiàn)附錄A　8086 PC指令系統(tǒng)附錄B　通用匯編程序偽指令附錄C　ASCII碼編碼表附錄D　中斷向量地址分配附錄E　匯編程序的開發(fā)過程附錄F　匯編語言程序設(shè)計易犯的錯誤附錄G　BIOS中斷附錄H　DOS（INT 21H）功能調(diào)用

章節(jié)摘錄

插圖：4.硬盤和主機(jī)的數(shù)據(jù)傳送方式硬盤和主機(jī)的數(shù)據(jù)傳送方式主要有PIO模式和DMA模式兩種。（1）PIO模式。早期的硬盤與主機(jī)之間均以PIO模式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。PIO模式是指通過CPU執(zhí)行程序，用I／O指令來完成數(shù)據(jù)的傳送。由于完全用軟件來控制，所以靈活性非常好，可以精細(xì)地開展數(shù)據(jù)傳送的每個細(xì)節(jié)。其缺點是數(shù)據(jù)傳送的速度無法提高，因此CPU至少執(zhí)行3條指令才能傳送一個數(shù)據(jù)。系統(tǒng)利用BIOS預(yù)留給硬盤驅(qū)動器的1FOH到1F7H及3F6H和3F7H共10個I／O地址（對應(yīng)于硬盤中的10個寄存器）作為連接橋梁，系統(tǒng)主機(jī)的任何指令都是通過這10個I／O地址與硬盤驅(qū)動器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的。PIO傳送模式的傳輸速率為8～16MB／s。（2）DMA模式。由于硬盤容量的增大和讀寫速度的提高，必然要求硬盤接口有更高的傳輸率。于是新的硬盤接口標(biāo)準(zhǔn)——Ultra DMA便應(yīng)運(yùn)而生。它一開始設(shè)計的傳輸速率為33.3MB／s，是EIDE（增強(qiáng)型智能電子設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)）的2倍。它所采用的數(shù)據(jù)傳輸方式與PIO方式有所不同：在PIO方式中，CPU直接進(jìn)行讀寫控制，而Ultra DMA以突發(fā)模式在硬盤與內(nèi)存之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此外，它采用總線主控方式，由DMA控制器控制硬盤的讀寫，因此節(jié)省了寶貴的CPU資源。DMA模式在數(shù)據(jù)傳輸過程中不通過CPU而直接在外設(shè)與內(nèi)存之間完成數(shù)據(jù)傳送。唯一需要CPU介入的是進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送前的初始化工作，一旦數(shù)據(jù)傳送開始后，就無須CPU的干預(yù)。新型硬盤幾乎都支持DMA傳輸方式。目前常用的DMA模式有Ultra DMA33（簡稱UDMA33）、UDMA66和UDMA100這3種，它們的傳輸速率分別是33MB／s、66MB／s和1OOMB／S。

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《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是由清華大學(xué)出版社出版。

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