微機(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)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是電子信息類、自動(dòng)化控制專業(yè)的必修課程。本課程是在修完“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”、“高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)”、“數(shù)字邏輯”、“計(jì)算機(jī)組成原理”和“匯編語言程序設(shè)計(jì)”之后開設(shè)，通過本課程的學(xué)習(xí)，將大大提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)，能夠?qū)⒂布蛙浖袡C(jī)結(jié)合起來，培養(yǎng)分析和設(shè)計(jì)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的能力。本書以國家教育部計(jì)算機(jī)專業(yè)和電氣、電子信息專業(yè)微機(jī)原理類課程教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，面向21世紀(jì)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才市場(chǎng)，立足于該課程教學(xué)內(nèi)容和課程體系的改革，以培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)的高水平、高質(zhì)量的工程技術(shù)人才為目標(biāo)。為此，我們編寫組人員在集多年的教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，精心組織和編排內(nèi)容。在編寫本書的過程中，編者參考了國內(nèi)外大量的文獻(xiàn)資料和相關(guān)教材，吸取各家之長(zhǎng)，力求做到深入淺出、重點(diǎn)突出、條理清晰、通俗易懂。全書共分13章，分別為：微型計(jì)算機(jī)概論，80x86微處理器，80x86指令系統(tǒng)，匯編語言程序設(shè)計(jì)，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，基本輸入輸出技術(shù)，中斷，并行接口及可編程接口芯片8255A，定時(shí)／計(jì)數(shù)器及可編程接口芯片8253，串行接口及可編程接口芯片8251A，DMA可編程控制器8237A，A／D與D／A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)，微型計(jì)算機(jī)總線技術(shù)。本書由合肥工業(yè)大學(xué)周國祥教授主編，其中第1、13章由周國祥編寫；第2、7、12章由合肥工業(yè)大學(xué)胡社教編寫；第3、4章由合肥工業(yè)大學(xué)王瓊編寫；第5章由合肥工業(yè)大學(xué)王建新編寫；第6、11章由安徽工業(yè)大學(xué)紀(jì)平編寫；第8、9、10章由安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)許高建編寫。周國祥負(fù)責(zé)全書統(tǒng)稿。韓江洪教授審閱了全書，并提出了許多寶貴意見，在此表示衷心感謝！由于作者水平所限，加上編寫時(shí)間緊促，書中不妥和疏漏之處在所難免，殷切希望同行專家和廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書以國家教育部計(jì)算機(jī)專業(yè)和電氣、電子信息專業(yè)微機(jī)原理類課程教學(xué)大綱為基礎(chǔ)編寫而成，詳細(xì)介紹了“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中的相關(guān)內(nèi)容。結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，內(nèi)容豐富，語言流暢，適合高等院校“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)需要，也可供相關(guān)自學(xué)者、工程技術(shù)人員參考、使用。

書籍目錄

前言第1章 微型計(jì)算機(jī)概論  1.1 微型計(jì)算機(jī)概述    1.1.1 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況    1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)    1.1.3 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用  1.2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)    1.2.1 微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)    1.2.2 微型計(jì)算機(jī)的分類  1.3 微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)    1.3.1 總線結(jié)構(gòu)    1.3.2 微型計(jì)算機(jī)的基本組成及其功能    1.3.3 微型計(jì)算機(jī)的工作過程  1.4 微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)    1.4.1 字長(zhǎng)    1.4.2 主頻    1.4.3 內(nèi)存儲(chǔ)器容量    1.4.4 運(yùn)算速度    1.4.5 外設(shè)擴(kuò)展能力    1.4.6 軟件配置  1.5 微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)    1.5.1 微型計(jì)算機(jī)中常用的幾種計(jì)數(shù)制    1.5.2 微型計(jì)算機(jī)中數(shù)和字符的表示    1.5.3 原碼、反碼、補(bǔ)碼及其運(yùn)算法則  本章小結(jié)第2章 80x86微處理器  2.1 微處理器的基本結(jié)構(gòu)    2.1.1 算術(shù)邏輯單元ALU    2.1.2 控制器    2.1.3 總線與總線緩沖器    2.1.4 寄存器陣列  2.2 Intel 8086微處理器    2.2.1 8086的寄存器結(jié)構(gòu)    2.2.2 8086 CPU的編程結(jié)構(gòu)    2.2.3 8086 CPU的引腳及其功能  2.3 8086中的程序狀態(tài)字和堆棧    2.3.1 程序狀態(tài)字    2.3.2 堆棧  2.4 8086系統(tǒng)的組成    2.4.1 存儲(chǔ)器組織與存儲(chǔ)器分段    2.4.2 輸入/輸出結(jié)構(gòu)    2.4.3 總線接口結(jié)構(gòu)    2.4.4 8086的兩種組態(tài)  2.5 8086系統(tǒng)時(shí)鐘和總線周期    2.5.1 系統(tǒng)時(shí)鐘    2.5.2 總線周期  2.6 80386微處理器    2.6.1 80386微處理器的主要特性    2.6.2 80386內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)    2.6.3 80386內(nèi)部寄存器    2.6.4 80386處理器引腳信號(hào)  2.7 80386的虛擬存儲(chǔ)機(jī)制    2.7.1 虛擬存儲(chǔ)技術(shù)    2.7.2 片內(nèi)兩級(jí)存儲(chǔ)管理  2.8 80486微處理器    2.8.1 80486內(nèi)部結(jié)構(gòu)    2.8.2 80486 CPU的特點(diǎn)    2.8.3 80486 CPU主要引腳信號(hào)  2.9 Pentium處理器    2.9.1 Pentium處理器的特點(diǎn)    2.9.2 Pentium處理器內(nèi)部框圖與信號(hào)功能    2.9.3 80486與Pentium總線之間的主要區(qū)別  本章小結(jié)第3章 80x86指令系統(tǒng)  3.1 8086尋址方式    3.1.1 指令概述    3.1.2 8086指令系統(tǒng)的尋址方式  3.2 8086指令系統(tǒng)    3.2.1 數(shù)據(jù)傳送指令    3.2.2 算術(shù)運(yùn)算指令    3.2.3 邏輯運(yùn)算和移位指令    3.2.4 串處理指令    3.2.5 控制轉(zhuǎn)移指令    3.2.6 處理機(jī)控制類指令  3.3 80x86指令系統(tǒng)介紹    3.3.1 80286指令系統(tǒng)    3.3.2 80386指令系統(tǒng)  本章小結(jié)第4章 匯編語言程序設(shè)計(jì)  4.1 匯編語言程序格式    4.1.1 源程序的分段結(jié)構(gòu)    4.1.2 匯編語言偽指令    4.1.3 匯編語言指令    4.1.4 MASM中的表達(dá)式  4.2 匯編語言程序設(shè)計(jì)    4.2.1 程序設(shè)計(jì)的基本方法    4.2.2 順序程序設(shè)計(jì)    4.2.3 分支程序設(shè)計(jì)    4.2.4 循環(huán)程序設(shè)計(jì)    4.2.5 子程序設(shè)計(jì)  4.3 DOS系統(tǒng)功能調(diào)用    4.3.1 DOS操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介    4.3.2 常用的DOS系統(tǒng)功能調(diào)用  4.4 匯編語言上機(jī)過程    4.4.1 匯編語言的工作環(huán)境    4.4.2 匯編語言程序的上機(jī)步驟    4.4.3 匯編語言程序運(yùn)行實(shí)例  本章小結(jié)第5章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器  5.1 存儲(chǔ)器的一般概念和分類    5.1.1 存儲(chǔ)器的分類    5.1.2 存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)    5.1.3 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的基本結(jié)構(gòu)  5.2 隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM    5.2.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM(Static RAM)    5.2.2 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM(Dynamic RAM)    5.2.3 常用內(nèi)存條  5.3 只讀存儲(chǔ)器ROM    5.3.1 掩膜只讀存儲(chǔ)器    5.3.2 一次性可編程只讀存儲(chǔ)器PROM    5.3.3 可多次編程的只讀存儲(chǔ)器    5.3.4 閃速存儲(chǔ)器Flash Memory  5.4 存儲(chǔ)器與CPU的連接    5.4.1 基本存儲(chǔ)器體的構(gòu)成    5.4.2 存儲(chǔ)器與地址總線的連接    5.4.3 存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)總線的連接    5.4.4 存儲(chǔ)器與控制總線的連接    5.4.5 8086 CPU存儲(chǔ)器系統(tǒng)實(shí)例  5.5 新型存儲(chǔ)器及發(fā)展方向    5.5.1 多端口存儲(chǔ)器    5.5.2 集成化組合式的存儲(chǔ)器    5.5.3 鐵電存儲(chǔ)器    5.5.4 磁阻(性)存儲(chǔ)器    5.5.5 存儲(chǔ)器的發(fā)展趨向和新技術(shù)  本章小結(jié)第6章 基本輸入輸出技術(shù)  6.1 I/O接口概述    6.1.1 I/O接口    6.1.2 接口信息    6.1.3 端口及編址方式    6.1.4 I/O地址的譯碼    6.1.5 數(shù)據(jù)傳送方式  6.2 無條件傳送方式及其接口  6.3 查詢傳送方式及其接口    6.3.1 查詢式輸入接口    6.3.2 查詢式輸出接口  6.4 中斷傳送方式及其接口  6.5 DMA傳送方式  本章小結(jié)第7章 中斷  7.1 中斷系統(tǒng)    7.1.1 中斷的基本概念及作用    7.1.2 中斷處理系統(tǒng)  7.2 8086 CPU中斷系統(tǒng)    7.2.1 8086 CPU的中斷源    7.2.2 8086 CPU的中斷響應(yīng)過程    7.2.3 中斷向量表    7.2.4 中斷程序設(shè)計(jì)  7.3 可編程中斷控制器Intel 8259A    7.3.1 8259A的引腳信號(hào)及結(jié)構(gòu)    7.3.2 8259A的工作方式    7.3.3 8259A的編程    7.3.4 8259A的中斷級(jí)聯(lián)  本章小結(jié)第8章 并行接口及可編程接口芯片8255A  8.1 并行接口概述  8.2 可編程并行接口芯片8255A工作原理    8.2.1 8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳    8.2.2 8255A的控制字    8.2.3 8255A三種工作方式的功能說明  8.3 可編程并行接口芯片8255A應(yīng)用舉例    8.3.1 8255A與鍵盤的接口    8.3.2 8255A與LED顯示的接口    8.3.3 8255A與并行打印機(jī)的接口  本章小結(jié)第9章 定時(shí)/計(jì)數(shù)器及可編程接口芯片8253  9.1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器概述  9.2 可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器芯片8253工作原理    9.2.1 8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳信號(hào)    9.2.2 8253初始化編程步驟和門控信號(hào)的功能    9.2.3 8253的工作方式  9.3 8253應(yīng)用舉例    9.3.1 8253定時(shí)功能的應(yīng)用    9.3.2 8253計(jì)數(shù)功能的應(yīng)用    9.3.3 8253在IBM-PC機(jī)中的應(yīng)用  本章小結(jié)第10章 串行接口及可編程接口芯片8251A  10.1 串行通信概述    10.1.1 數(shù)據(jù)傳送的方向    10.1.2 串行通信的兩種基本工作方式    10.1.3 串行通信速率    10.1.4 串行通信接口芯片UART和USART  10.2 可編程串行通信接口芯片8251A    10.2.1 8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳    10.2.2 8251A的初始化編程    10.2.3 8251A應(yīng)用舉例  10.3 RS-232C串行口    10.3.1 RS-232C電氣特性及接口信號(hào)    10.3.2 RS-232C與TTL電平的轉(zhuǎn)換  本章小結(jié)第11章 DMA可編程控制器8237A  11.1 DMA控制器8237A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳    11.1.1 8237A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)    11.1.2 8237A的引腳  11.2 8237A的工作原理    11.2.1 8237A的工作時(shí)序    11.2.2 8237A的工作方式    11.2.3 8237A的寄存器  11.3 8237A的編程及應(yīng)用    11.3.1 8237A的編程    11.3.2 8237A在系統(tǒng)中的典型連接    11.3.3 8237A的應(yīng)用  本章小結(jié)第12章 A/D與D/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)  12.1 工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)  12.2 D/A轉(zhuǎn)換器    12.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理    12.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器的主要指標(biāo)和選型    12.2.3 8位DAC0832及其應(yīng)用    12.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用    12.2.5 12位DAC1210及其應(yīng)用  12.3 A/D轉(zhuǎn)換器    12.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理    12.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器技術(shù)指標(biāo)    12.3.3 8位ADC20809及其應(yīng)用    12.3.4 12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574及其應(yīng)用  本章小結(jié)第13章 微型計(jì)算機(jī)總線技術(shù)  13.1 總線的基本概念    13.1.1 概述    13.1.2 總線的分類  13.2 總線結(jié)構(gòu)    13.2.1 總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)    13.2.2 總線的層次結(jié)構(gòu)  13.3 總線技術(shù)    13.3.1 總線的基本功能    13.3.2 總線的數(shù)據(jù)傳送    13.3.3 總線的仲裁控制    13.3.4 總線驅(qū)動(dòng)及出錯(cuò)處理    13.3.5 總線的性能指標(biāo)    13.3.6 總線標(biāo)準(zhǔn)  13.4 ISA總線    13.4.1 ISA總線的特點(diǎn)    13.4.2 ISA總線的信號(hào)  13.5 PCI總線    13.5.1 PCI總線的特點(diǎn)    13.5.2 PCI總線的信號(hào)  13.6 USB總線    13.6.1 USB的發(fā)展    13.6.2 USB的功能    13.6.3 USB的應(yīng)用  本章小結(jié)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：段描述符提供一個(gè)32位的段基地址，此基地址加上偏移量就是線性地址。線性地址經(jīng)過分頁部件的轉(zhuǎn)換，便得到物理地址，在禁止分頁的情況下，線性地址就是物理地址。實(shí)地址模式與保護(hù)模式在機(jī)制上的主要區(qū)別就在于分段部件將邏輯地址轉(zhuǎn)換為線性地址的方法不同。用實(shí)地址模式時(shí)，段寄存器中的值就是段地址，分段部件將它左移4位，再加上16位的偏移量即為線性地址；用保護(hù)模式時(shí)，段寄存器中的值為段選擇子，而段選擇子和描述符中一個(gè)32位的線性地址相聯(lián)系，將這個(gè)線性基地址和32位偏移量相加即得到線性地址。保護(hù)模式下，每個(gè)任務(wù)可尋址8192個(gè)全局段和8192個(gè)局部段，每個(gè)段的最大長(zhǎng)度為4 GB，則一個(gè)任務(wù)最大的尋址范圍，即虛擬存儲(chǔ)空間是8192×4 GB+8192×4 GB－64 TB。不管是GDT還是LDT，兩者都在主存儲(chǔ)器中。如果每次對(duì)存儲(chǔ)器的訪問都要通過位于主存中的描述符表進(jìn)行邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，會(huì)大大降低系統(tǒng)性能。為此，80386中每一個(gè)段寄存器都有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的段描述符寄存器，該段描述符寄存器稱為高速緩沖存儲(chǔ)器，用來存放一個(gè)段描述符。段描述符寄存器不可由程序來訪問，而是由系統(tǒng)自動(dòng)裝載。每當(dāng)程序賦予段寄存器一個(gè)新的值時(shí)，由選擇子決定選擇描述符表中的哪一個(gè)段描述符，然后系統(tǒng)自動(dòng)把該段描述符裝入段描述符寄存器。只要段寄存器的內(nèi)容不發(fā)生改變，取出的段描述符就一直保存在段描述符寄存器之中。這樣，當(dāng)訪問同一個(gè)段的不同單元時(shí)，就不需要每次都訪問描述符表，從而使尋址速度得以大大提高。2.分頁管理80386支持存儲(chǔ)器分頁管理機(jī)制，分頁機(jī)制是存儲(chǔ)器管理機(jī)制的第二部分。段管理機(jī)制實(shí)現(xiàn)虛擬地址（由段和偏移構(gòu)成的邏輯地址）到線性地址的轉(zhuǎn)換，分頁管理機(jī)制實(shí)現(xiàn)線性地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。當(dāng)80386控制寄存器CRO的PG被置成1時(shí)，則進(jìn)入分頁管理。

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