計算機硬件技術(shù)及應用基礎(chǔ)

前言

電子信息與自動化系列課程是專業(yè)適用面很廣的課程系列。隨著電子信息時代的到來，特別是進入21世紀之后，我國各級各類本科院校相當多的理工科專業(yè)都或多或少地開設(shè)了該系列課程中的課程。因此，提高該系列課程的教學水平、教學質(zhì)量，對于提高我國高等教育水平和質(zhì)量，增強當代大學生應用先進的信息技術(shù)解決專業(yè)領(lǐng)域問題的能力和業(yè)務素質(zhì)，具有特殊重要的意義。而教材是課程內(nèi)容和課程體系的知識載體，對課程改革和建設(shè)既有龍頭作用，又有推動作用，所以要提高課程教學水平和質(zhì)量，關(guān)鍵是要有高水平、高質(zhì)量的教材。正是基于上述認識，中國水利水電出版社推動成立了“新世紀電子信息與自動化系列課程改革教材”編審委員會，在經(jīng)過近兩年時間的深入調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，策劃提出了本系列教材的編寫、出版計劃。本系列教材總的定位是面向各級各類高等院校的本科教學，重點是一般本科院校的教學。整個教材系列大體分為電子信息與通信、計算機基礎(chǔ)教育和測控技術(shù)與自動化三類，共約50本主體教材，它們既自成體系，具有信息類學科的系統(tǒng)性、完整性，又有相對獨立性。參加本系列教材編寫的作者全部是一些重點大學長期從事相關(guān)課程教學的教授、副教授，大多是所在單位的學科學術(shù)帶頭人或?qū)W術(shù)骨干，不少還是全國知名專家教授、國家級教學名師和教育部有關(guān)“教指委”專家、國家級精品課程負責人等，他們不僅有豐富的教學經(jīng)驗，而且有豐富的相關(guān)領(lǐng)域的科研經(jīng)驗，對有關(guān)課程的內(nèi)涵、特點、內(nèi)容相關(guān)性及應用等都有較深刻的認識和切身體驗。這對編寫、出版好本系列教材是十分有利的條件。本系列教材在編寫時均遵循了以下指導思想：（1）正確處理先進性和基礎(chǔ)性的關(guān)系，努力實現(xiàn)兩者的統(tǒng)一。作為進入新世紀的新編信息類教材，既注意在原有同類教材的基礎(chǔ)上推陳出新，努力反映學科技術(shù)的最新成就，使之具有鮮明的時代特征和先進水平，又注重符合教學規(guī)律、教學特點，突出基本原理、基本知識、基本方法和基本技術(shù)技能的闡述，著力培養(yǎng)學生應用基礎(chǔ)知識分析、解決問題的創(chuàng)新思維能力和將來獨立獲取、掌握新知識，跟蹤相關(guān)學科技術(shù)發(fā)展的能力。（2）正確處理理論與實踐的關(guān)系，切實貫徹理論與實踐緊密結(jié)合的原則。本系列教材絕大多數(shù)都是理論與實際結(jié)合緊密、實用性很強的課程教材，因此特別強調(diào)從應用的角度組織內(nèi)容，在重視理論系統(tǒng)性的同時，尤其突出實踐性、應用性，使學生學了以后懂得有什么用、怎么用。在教材內(nèi)容闡釋時，積極引入“案例”，將基本知識單元、知識點的講解融入典型案例的解決和研究過程中，以培養(yǎng)學生解決工程實際問題的能力作為突破口。（3）遵循“寬編窄用”的內(nèi)容選取原則和模塊化的內(nèi)容組織原則。

內(nèi)容概要

　　本書是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材和國家精品課程《計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)》的配套教材，同時也是作者為中國水利水電出版社策劃組織的“新世紀電子信息與自動化系列課程改革教材”之一?！　”緯且宰髡?001年編著出版的同名普通高等教育“九五”國家級重點教材為基礎(chǔ)，根據(jù)近幾年來計算機及其應用技術(shù)的新發(fā)展，以及教育部高等學校計算機基礎(chǔ)課程教學指導委員會最新發(fā)布的關(guān)于理工類專業(yè)本課程教學基本要求之“較高要求”，結(jié)合作者所在國家級教學團隊近年精品課程建設(shè)的成果，重新編寫而成的。　　本書以Pentium系列微機為主要背景機，系統(tǒng)全面地介紹了微型計算機的硬件技術(shù)及應用基礎(chǔ)。本書為下冊——微機接口部分，分為微機接口技術(shù)概述、并行接口、串行接口、I/ O接口中的中斷技術(shù)、I/O接口中的定時/計數(shù)技術(shù)、常用I/O設(shè)備（包括基本人機交互設(shè)備、模擬I/O設(shè)備、多媒體設(shè)備）的接口方法、Windows下的I/O設(shè)備驅(qū)動程序和微機在嵌入式系統(tǒng)中的應用8章。　　本書可作為高等學校理工科各專業(yè)的本科生或研究生教材。對于高職高專相關(guān)專業(yè)的學生以及從事各類微機應用系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)工作的科技人員，本書也是一本很好的實用參考書。

書籍目錄

總序 前言 第1章 微機接口技術(shù)概述  　1.1 微機接口與接口技術(shù)  　　1.1.1 微機接口  　　1.1.2 微機接口技術(shù)  　1.2 接口的分類  　1.3 接口的基本功能  　1.4 接口的典型結(jié)構(gòu)  　1.5 接口軟件的一般組成  　1.6 I/O端口的編址及譯碼  　　1.6.1 I/O端口的編址方式  　　1.6.2 I/O端口地址譯碼方法  　1.7 I/O同步控制方式  　　1.7.1 程序查詢式控制  　　1.7.2 中斷驅(qū)動式控制  　　1.7.3 DMA式控制  　　1.7.4 延時等待式控制  　1.8 PC系列微機接口技術(shù)基礎(chǔ)  　　1.8.1 I/O地址空間  　　1.8.2 I/O端口地址分配  　　1.8.3 I/O保護  　　1.8.4 I/O端口的訪問  　思考題與習題一  第2章 并行接口  　2.1 并行接口與串行接口概述  　　2.1.1 并行接口  　　2.1.2 串行接口  　　2.1.3 并行接口與串行接口在結(jié)構(gòu)上的異同  　2.2 簡單的不可編程并行接口電路  　　2.2.1 三態(tài)門接口  　　2.2.2 鎖存器接口  　　2.2.3 帶三態(tài)緩沖輸出的鎖存器接口  　　2.2.4 不可編程并行接口應用舉例  　2.3 可編程并行接口芯片8255及應用  　　2.3.1 的基本功能  　　2.3.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳  　　2.3.3 內(nèi)部寄存器讀/寫控制  　　2.3.4 控制字格式與初始化編程  　　2.3.5 三種工作方式及接口方法  　　2.3.6 應用舉例  　思考題與習題二  第3章 串行接口  　3.1 串行通信的基本概念  　　3.1.1 串行通信工作方式  　　3.1.2 波特率和收/發(fā)時鐘  　　3.1.3 信號的調(diào)制和解調(diào)  　　3.1.4 誤碼率與差錯控制  　　3.1.5 信道及多路復用  　　3.1.6 串行通信的基本方式  　　3.1.7 串行通信協(xié)議  　　3.1.8 串行通信的實現(xiàn)方法  　3.2 常用串行通信接口標準  　　3.2.1 RS-232C接口標準  　　3.2.2 RS-422A/423A 接口標準  　　3.2.3 RS-485 接口標準  　　3.2.4 幾種接口標準的比較  　3.3 通用同步/異步串行接口芯片8251及應用  　　3.3.1 1的基本功能  　　3.3.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳  　　3.3.3 1的工作過程  　　3.3.4 內(nèi)部寄存器讀/寫控制  　　3.3.5 初始化與應用編程  　3.4 通用異步串行接口芯片INS8250及應用  　　3.4.1 INS8250的基本功能  　　3.4.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳  　　3.4.3 內(nèi)部寄存器讀/寫控制  　　3.4.4 初始化與應用編程  　思考題與習題三  第4章 I/O接口中的中斷技術(shù)第5章 I/O接口中的定時/計數(shù)技術(shù)第6章 常用I/O設(shè)備的接口方法第7章 Windows下的I/O設(shè)備驅(qū)動程序第8章 微機在嵌入式系統(tǒng)中的應用參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1.3接口的基本功能接口的種類很多，作用各異，連接的外設(shè)更是千差萬別，與外設(shè)通信的方式也不一樣。但無論哪種接口，其基本功能和基本結(jié)構(gòu)是相似的。任何接口電路，基本功能有三個：1）作為微機與外設(shè)傳遞數(shù)據(jù)的緩沖站，即數(shù)據(jù)緩沖功能。2）準確尋找與微機交換數(shù)據(jù)的外設(shè)，即尋址功能。3）正確控制微機與外設(shè)間交換數(shù)據(jù)的方向，即輸入／輸出功能。換言之，也就是完成微機的數(shù)據(jù)、地址、控制三總線和外設(shè)信號線之間的轉(zhuǎn)換與連接任務。1.4接口的典型結(jié)構(gòu)與上述三個基本功能相對應，作為接口電路，必須包含以下三種基本邏輯部件：（1）數(shù)據(jù)緩沖寄存器。數(shù)據(jù)緩沖寄存器常被簡稱為數(shù)據(jù)緩存器，甚至緩存器。它分為輸入數(shù)據(jù)緩存器和輸出數(shù)據(jù)緩存器兩種。前者的作用是將外設(shè)送來的數(shù)據(jù)暫時存放，以便處理器將它取走；后者的作用是用來暫時存放處理器送往外設(shè)的數(shù)據(jù)。有了數(shù)據(jù)緩存器，就可以在高速工作的CPu與慢速工作的外設(shè)之間起協(xié)調(diào)、緩沖作用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的同步。（2）寄存器地址譯碼罌。用于正確選擇接口電路內(nèi)部各寄存器，保證一個寄存器唯一地對應一個地址碼，以便處理器正確無誤地與指定外設(shè)交換信息，完成規(guī)定的I／0操作。（3）讀／寫控制邏輯。用于產(chǎn)生內(nèi)部讀／寫控制信號，控制接口中各寄存器的數(shù)據(jù)傳送方向。對一些比較復雜的接口，除基本功能之外，往往還具有其他一些可選的功能，如數(shù)據(jù)變換、中斷管理、狀態(tài)報告和可編程功能等。所以，為了增強接口功能和適應不同I／0同步控制方式的需要，往往還要在上述基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再引入一些別的邏輯電路，例如常見的有以下四種：（1）控制寄存器。用于存放處理器發(fā)來的控制命令和其他信息，以確定接口電路的工作方式和功能。由于現(xiàn)在的接口芯片大都具有可編程的特點，即可通過編程來選擇或改變其工作方式和功能，這樣，一個接口芯片就相當于具有多種不同的工作方式和功能，使用起來十分靈活、方便。控制寄存器一般是寫寄存器，其內(nèi)容只能由處理器寫入，而不能讀出。（2）狀態(tài)寄存器。用于保存外設(shè)現(xiàn)行各種狀態(tài)信息。它的內(nèi)容可以被處理器讀出，從而使處理器了解外設(shè)狀況及數(shù)據(jù)傳送過程中正在發(fā)生或最近已經(jīng)發(fā)生的事情，供處理器做出正確的判斷，使它能安全可靠地與接口完成交換數(shù)據(jù)的各種操作。特別當CPIJ以程序查詢方式同外設(shè)交換數(shù)據(jù)時，狀態(tài)寄存器更是必不可少的。CPU通過查詢外設(shè)的忙／閑、良好／故障、就緒／不就緒等狀態(tài)，才能正確地與之交換信息。一般狀態(tài)寄存器為讀寄存器，其內(nèi)容只能由CPIJ讀出，而不能寫入。

編輯推薦

《計算機硬件技術(shù)及應用基礎(chǔ) (下冊·微機接口部分)》：名師策劃，名師主理，教改結(jié)晶，教材精品。國家精品課程《計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)》配套教材。

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