计算机硬件技术与实践(高等院校信息技术规划教材)

本书以Intel系列微处理器为背景，以16位微处理器80X86为核心，追踪Intel主流系列高性能微型计算机技术的发展方向，全面讲述微型计算机系统的基本组成、工作原理、硬件接口技术和典型应用，并在此基础上介绍Pentium、龙芯2F、FPGA、ARM10E等高档微处理器的发展和特点，以及应用的先进计算技术。

陈芳信 博士，空军预警学院计算机与网络教研室副教授。长期从事计算机基础课程的教学工作，获得学院岗位练兵比武第一名和学院高职比武第二名，发表学术论文20余篇，公开出版高等教育“十二五”规划教材2部，主编编写教材5部。 涂文婕 硕士，空军预警学院计算机与网络教研室讲师。发表学术论文15篇，主编教材1部，副主编教材1部，参编教材4部。

目录Contents 第1章微型计算机系统概述1 1.1微型计算机的基本组成及体系结构1 1.1.1微型计算机系统的组成2 1.1.2冯·诺依曼计算机结构2 1.1.3典型的微型计算机系统的结构3 1.1.4微型计算机系统的3个层次4 1.2微型计算机各组成部分结构及功能5 1.2.1微处理器5 1.2.2存储器6 1.2.3输入输出接口7 1.2.4总线7 1.3微型计算机性能指标9 1.3.1微型计算机性能的主要指标9 1.3.2CPU性能指标10 1.3.3总线性能指标11 1.4计算机基本工作原理11 1.4.1计算机工作过程11 1.4.2指令执行过程12 1.4.3程序执行过程举例12 *1.5高档微机中应用的先进计算技术13 1.5.1流水线、超流水线、超标量和超长指令字技术13 1.5.2分支预测和推测执行技术14 1.5.3乱序执行技术15 1.5.4超线程技术15 1.6计算机中数据的表示16 1.6.1数值数据的表示16 1.6.2常用的非数值数据编码20 1.7计算机中数据的运算22 1.7.1算术运算22 1.7.2逻辑运算23 实验1计算机的组装24 习题125 第2章微处理器28 2.1微处理器的发展28 2.2微处理器的功能与组成30 2.2.1微处理器的功能30 2.2.2微处理器的内部组成31 2.380x86微处理器33 2.3.180x86的内部结构33 2.3.2指令流水线和存储器分段管理44 *2.4高端CPU简介48 2.4.1龙芯2F微处理器48 2.4.2ARM10E微处理器49 2.4.3FPGA微处理器51 实验2计算机性能检测54 习题255 第3章Pentium系列微处理器指令系统59 3.1指令语句格式59 3.2指令寻址方式59 3.380x86兼容指令65 3.3.1数据传送类指令66 3.3.2算术运算类指令73 3.3.3逻辑运算类指令79 3.3.4控制转移类指令84 3.3.5DOS和BIOS调用93 3.4Pentium系列微处理器新增指令96 实验397 习题3100 第4章汇编语言程序设计103 4.1汇编语言源程序基本结构104 4.2汇编语言源程序语法105 4.2.1常用伪指令105 4.2.2段定义伪指令107 4.2.3常量、变量和标号108 4.3汇编语言程序设计基本方法110 4.3.1汇编语言程序开发过程110 4.3.2基本结构程序设计111 4.3.3程序设计举例116 实验4120 习题4124 第5章存储器127 5.1存储器体系结构127 5.1.1分级存储器体系127 5.1.2高速缓存128 5.1.3虚拟存储器技术129 5.2存储器的分类130 5.2.1半导体存储器的分类130 5.2.2半导体存储器的主要技术指标132 5.2.3常见存储器芯片的接口特性133 5.3内存储器138 5.3.1内存储器组织原理138 5.3.2内存储器设计举例143 5.4外存储器147 5.4.1硬盘存储器148 5.4.2光盘存储器149 5.4.3移动存储器150 实验5存储器扩展151 习题5154 第6章I/O设备及接口158 6.1基本人机交互设备158 6.1.1键盘158 6.1.2显示器159 6.1.3打印机162 6.2接口的功能与结构163 6.2.1I/O接口电路的必要性164 6.2.2I/O接口电路的功能164 6.2.3I/O接口电路的结构165 6.3I/O端口的编址方式166 6.3.1统一编址方式（存储器映像编址方式）167 6.3.2独立编址方式（隔离I/O编址方式）168 6.4PC系列机I/O端口169 6.4.1I/O端口分配169 6.4.2I/O端口地址译码170 6.4.3I/O端口访问171 6.5CPU与I/O设备之间数据传送控制方式172 6.5.1程序直接控制传送方式173 6.5.2程序中断控制传送方式177 6.5.3DMA控制传送方式177 实验6I/O访问实现179 习题6180 第7章总线183 7.1总线概述183 7.1.1总线概念183 7.1.2总线分类及特性183 7.2总线操作和仲裁185 7.2.1常用的时序控制信号185 7.2.2总线读写操作时序186 7.2.3总线仲裁188 7.3目前主流微型计算机系统中的常用标准总线191 7.3.1标准总线概述191 7.3.2ISA总线191 7.3.3PCI总线193 7.3.4USB196 7.3.5IEEE 1394总线198 7.3.6SCSI总线199 7.3.7AGP总线200 实验7PCI总线配置操作实验201 习题7202 第8章中断系统204 8.1中断的概念204 8.1.1中断源205 8.1.2中断类型205 8.1.3中断优先级及嵌套206 8.1.4中断判决207 8.2中断处理过程209 8.2.1响应中断的条件210 8.2.2中断的响应210 8.3Pentium微处理器的中断机制211 8.3.1中断向量号分配212 8.3.2中断向量和中断向量表213 8.3.3中断响应的过程214 8.4中断控制器8259A215 8.4.1基本功能215 8.4.2引脚功能和内部结构215 8.4.38259A的工作原理218 8.4.48259A的初始化与编程221 8.5中断服务程序设计225 8.5.1中断服务程序编制原则226 8.5.2中断服务程序的基本结构226 8.5.3外部中断服务程序的编制227 实验88259A应用231 习题8235 第9章并行接口与串行接口240 9.1概述240 9.1.1并行通信240 9.1.2串行通信240 9.1.3串行通信与并行通信的比较241 9.2并行接口芯片241 9.2.1简单的不可编程并行接口芯片241 9.2.2可编程并行接口芯片8255A242 9.3串行通信的基本概念252 9.3.1串行通信工作方式252 9.3.2同步串行通信方式253 9.3.3异步串行通信方式253 9.3.4波特率和收/发时钟255 9.3.5信号的调制与解调255 9.4常用的异步串行通信总线标准256 9.4.1RS232C总线标准256 9.4.2RS422/485总线标准258 9.5可编程串行接口芯片8251259 9.5.18251主要功能简介260 9.5.28251工作原理262 9.5.38251初始化编程263 9.5.48251应用举例268 实验9串并行接口应用271 实验9.1并行接口芯片8255应用271 实验9.2串行接口芯片8251应用272 习题9275 参考文献281