微型计算机原理与接口技术(第6版)/周荷琴

本书是为中国科学技术大学工科电子类专业本科生学习“微型计算机原理与系统”课程而编写的教材。从初版开始至每次修订再版，都是作者在参考国内外大量文献、资料的基础之上，吸取各家之长，并结合教学团队多年教学和应用研究的经验，精心组织编写而成的，可谓自成一体。全书内容丰富，图文并茂，讲述深入浅出，通俗易懂，并附有大量的实例和习题，部分习题还给出了解题提示，既可用作教材，也适合于自学，先后被列入“普通高等教育国家级规划教材”和“中国科学院指定考研参考书”。 全书15章，内容安排上注重系统性、先进性和实用性。前5章是基础部分，主要介绍微型机系统的组成原理、体系结构、8086指令系统、汇编语言程序设计方法以及存储器的原理和电路设计。第6～12章讨论接口和总线技术，包括中断，DMA和I/O接口，几个典型的大规模集成电路接口芯片（8255A、8253/8254、8259A、8251A、8237A等），A/D和D/A以及总线技术也被纳入其中。最后3章介绍高档微型机的工作原理，其中第13章包括32位微处理器的寄存器组成、保护模式下的内存管理、保护模式下的中断和异常以及任务切换等内容；第14章介绍32位机新增指令、浮点数、SIMD技术和指令系统，并给出了许多编程实例；第15章简要介绍了PC/XT机的系统结构，主要对32位微型机的结构以及64位CPU和智能多核处理器进行了讨论，并概要阐述了64位机的系统结构和技术特点。 本书可作为高等学校电子类专业和其他相近相关专业本科教育的教材，也可作为从事微型计算机系统设计和应用等相关科技工作者的参考书。

周荷琴，中国科学技术大学信息科学学院教授，博士生导师，长期从事微型计算机原理与接口技术的教学与研究工作，是国内在该领域有影响的学者。

第6版前言（ⅰ） 第5版前言（ⅲ） 第1章微型计算机的基础知识和发展概况(1) 1.1计算机中数的表示方法(1) 1.1.1进位计数制(1) 1.1.2二进制编码(3) 1.1.3带符号数的表示方法(4) 1.2计算机的基本结构和软件(6) 1.2.1计算机的基本结构(6) 1.2.2计算机软件(8) 1.3微型计算机结构和系统(10) 1.3.1微型计算机基本结构(11) 1.3.2微型计算机系统(15) 1.4微型计算机的发展概况(16) 1.4.1计算机的发展(16) 1.4.2微型计算机的发展(18) 第2章微处理器的结构和工作模式(22) 2.18086 CPU的内部结构和存储器组织(22) 2.1.18086 CPU内部结构及工作过程(22) 2.1.28086 CPU内部寄存器(24) 2.1.38086/8088 CPU的引脚功能(27) 2.1.48086的存储器组织(31) 2.28086的工作模式和总线操作(35) 2.2.1最小模式系统(36) 2.2.2最大模式系统(40) 2.2.3总线操作时序(42) 2．332位微处理器的结构与工作模式(45) 2.3.132位微处理器结构简介(46) 2.3.232位微处理器的工作模式(50) 第3章8086的寻址方式和指令系统(54) 318086的寻址方式(54) 311立即寻址方式(54) 312寄存器寻址方式(55) 313存储器寻址方式 (55) 314其它寻址方式(61) 32指令的机器码表示方法(62) 321机器语言指令的编码目的和特点(62) 322机器语言指令代码的编制(63) 338086的指令系统(66) 331数据传送指令(66) 332算术运算指令(74) 333逻辑运算和移位指令(87) 334字符串处理指令(92) 335控制转移指令(96) 336处理器控制指令(112) 第4章汇编语言程序设计(117) 4.1汇编语言程序格式和伪指令(118) 4.1.1汇编语言程序格式(118) 4.1.2伪指令语句(122) 4.1.3完整的汇编语言程序框架(127) 4.2DOS系统功能调用和BIOS中断调用(131) 4.2.1DOS的层次结构(132) 4.2.2DOS系统功能调用(132) 4.2.3BIOS中断调用(137) 4.3汇编语言程序设计方法与实例(141) 4.3.1顺序结构程序设计(141) 4.3.2分支程序设计(143) 4.3.3循环结构程序(146) 4.3.4代码转换程序(149) 4.3.5过程调用(152) 第5章存储器(158) 5.1存储器分类(158) 5.1.1内部存储器(158) 5.1.2外部存储器(160) 5.1.3存储器的性能指标(163) 5.2随机存取存储器RAM(163) 5.2.1静态RAM（SRAM）(164) 5.2.2动态RAM（DRAM）(165) 5.2.3内存条(169) 5.3只读存储器ROM(171) 5.3.1可编程可擦除ROM（EPROM）(172) 5.3.2电可擦除可编程ROM（EEPROM）(175) 5.4存储器与CPU的连接(178) 5.4.1设计接口应考虑的问题(178) 5.4.2存储器接口设计(179) 5.5高速缓冲存储器(186) 5.5.1高速缓存的原理(186) 5.5.2高速缓存的基本结构(188) 5.5.3主存与Cache的地址映射(189) 5.5.4Cache的基本操作(191) 第6章I/O接口和并行接口芯片8255A(194) 6.1I/O接口(194) 6.1.1I/O接口的功能(194) 6.1.2I/O端口及其寻址方式(195) 6.1.3CPU与外设间的数据传送方式(197) 6.1.4PC机的I/O地址分配(201) 6.28255A的工作原理(204) 6.2.18255A的结构和功能(204) 6.2.28255A的控制字(206) 6.2.38255A的工作方式(208) 6.38255A的应用举例(214) 6.3.1基本输入输出应用举例(214) 6.3.2键盘接口(217) 第7章可编程计数器／定时器8253/8254(222) 718253的工作原理(222) 7118253的内部结构和引脚信号(222) 712初始化编程步骤和门控信号的功能(226) 7138253的工作方式(227) 728253/8254的应用举例(231) 7218253定时功能的应用举例(232) 7228253/8254计数功能的应用举例(234) 7238253在PC/XT机中的应用(238) 第8章中断和可编程中断控制器8259A(244) 8.1中断(244) 8.1.1中断概念和分类(244) 8.1.2中断的响应与处理过程(248) 8.28259A的工作原理(252) 8.2.18259A的引脚信号和内部结构(252) 8.2.28259A的工作方式(254) 8.2.38259A的命令字及编程(256) 8.38259A应用举例(263) 8.3.18259A的级联使用(263) 8.3.2中断向量的设置和中断处理程序设计实例(266) 第9章串行通信和可编程接口芯片8251A(273) 91串行通信的基本概念和EIA RS232C 串行口(273) 9.1.1串行通信的基本概念(273) 9.1.2EIA RS232C串行口(276) 92可编程串行通信接口芯片8251A(278) 9218251A的内部结构和外部引脚(279) 9228251A的编程(283) 9.2.38251A应用举例(288) 第10章模数(A/D)和数模(D/A)转换(294) 101概述(294) 1011一个实时控制系统(294) 1012采样、量化和编码(295) 102D/A转换器(297) 1021D/A转换器原理(297) 1022D/A转换器的主要性能指标(299) 1023D/A转换器AD7524、DAC0832和DAC1210(300) 103A/D转换器(306) 1031A/D转换器原理(306) 1032A/D转换器ADC0809和AD574A(309) 第11章DMA控制器8237A(322) 1118237A的组成和工作原理(323) 11118237A的内部结构(323) 11128237A的引脚功能(324) 11138237A的内部寄存器(326) 1128237A的时序(334) 1121外设和内存间的DMA数据传送时序(334) 1122空闲周期、有效周期和扩展写周期(335) 1138237A的编程和应用举例(336) 1131PC/XT机中的DMA控制逻辑(336) 11328237A的一般编程方法(338) 1133PC/XT机上的DMA控制器的使用(340) 第12章总线技术(342) 12.1总线概述(342) 12.1.1总线的分类(342) 12.1.2总线的性能指标与总线标准(344) 12.1.3几种典型的计算机总线(345) 12.2PCI总线(347) 12.2.1局部总线(347) 12.2.2PCI总线简介(349) 12.2.3PCI总线的应用(350) 12.3PCI Express总线(351) 12.3.1PCIE总线简介(352) 12.3.2PCIE总线的发展(353) 12.4USB总线(355) 12.4.1USB总线简介(355) 12.4.2USB的数据编码和信息传输(360) 12.5IEEE 1394总线(363) 12.5.11394总线简介(363) 12.5.2IEEE 1394规范的主要内容(365) 第13章32位微型机的基本工作原理(369) 13.1寄存器(369) 13.1.1用户级寄存器(369) 13.1.2系统级寄存器(372) 13.1.3程序调试寄存器(378) 13.2保护模式下的内存管理(378) 13.2.1段内存管理技术(379) 13.2.2分页内存管理技术(388) 13.3保护模式下的中断和异常(391) 13.3.1中断和异常(391) 13.3.2保护模式下中断和异常的处理(399) 13.4任务切换(403) 13.4.1任务结构和任务切换数据结构(403) 13.4.2任务切换方式(407) 13.4.3任务调用、链接和切换过程(409) 第14章32位机的指令系统和程序设计(414) 14.180386新增指令和程序设计(414) 141180386的寻址方式(414) 141280386的新增指令(416) 1413程序设计实例(422) 14.2浮点数的表示方法和奔腾处理器的SIMD技术(429) 14.2.1浮点数的表示方法(429) 14.2.2奔腾处理器的SIMD技术(433) 14.3SIMD指令系统(436) 14.3.1数据传送指令(437) 14.3.2算术运算指令(444) 14.3.3逻辑运算指令(448) 14.3.4移位指令(448) 14.3.5比较指令(449) 14.3.6数据转换指令(451) 14.4利用SIMD指令进行程序设计(452) 第15章微型计算机系统结构(460) 151PC/XT机的系统板(460) 1511CPU子系统(460) 1512接口部件子系统(462) 15.1.3存储器子系统(463) 15.232位微型机的典型结构(465) 15.2.1主板的组成(465) 15.2.2Pentium Ⅱ主板(466) 15.2.3集成型主板(469) 15.3 64位微型机(472) 15.3.164位处理器(472) 15.3.264位操作系统(474) 15.3.3915系列芯片组与主板(475) 15.4多核处理器技术(478) 15.4.1双核处理器的诞生(478) 15.4.2Intel 智能酷睿多核处理器(480) 15.4.3微处理器技术发展的新时代(484) 附录AASCII码编码表(490) 附录B汇编语言上机过程(491) 参考文献(494)

《微型计算机原理与接口技术》第5版自2013年1月由中国科学技术大学出版社出版以来，继续被全国许多高等院校选为教材，受到广大读者和同行老师的热情欢迎和支持，同时大家也回馈了不少有益的意见和建议，在此谨表谢意！ 随着计算机和网络技术的高速发展，诞生了物联网、云计算和互联网+等新概念，人工智能应运而生，它将为“万物互联”之后的应用问题提供最完美的解决方案。这些新领域的发展不断地对芯片制造商提出高要求：更多的计算功能，更高的计算速度，更低的功率消耗，更小的芯片体积。然而芯片制造商正面临着摩尔定律的严峻挑战，10nm制程的微处理器姗姗来迟。尽管如此，计算机行业还是在不断创新，一款款高性能的智能酷睿处理器相继推出，传统CPU正在与GPU、DSP、FPGA等处理器深度融合，形成异构多核心处理器，微处理器的发展开始进入CPU+的时代。为适应微型计算机技术这种飞速发展的形势和各高校不断深化的教育改革的需要，我们在Intel 8086微处理器诞生40年之际，对本教材进行了一次全面的修订。 全书的总体结构没有改变，依然是15章，分成3个部分，即第1～5章的基础部分，第6～12章的接口和总线技术，第13～15章的高档微型机原理。 本次修订的主要内容包括： 1. 适当进行了篇幅压缩，去掉一些陈旧的或较难掌握的内容，所有的表述尽可能简洁精练。例如，简化了Cache地址映射方案，略去了影响Cache性能的因素，删除了8255方式2的详细介绍及其在PC/XT中的应用、硬件UART框图、8251A与异步MODEM的连接、DMA控制器简介、DAC0832直通方式、USB的设备枚举、采样保持原理、附录A 的指令一览表以及少数难度较大的例题和习题。 2. 对部分内容进行了梳理和归并。例如，删去了部分已过时总线规范的介绍，并对12章的内容做了归并；把13.1节“32位微处理器的结构和工作模式”前移到了第2章。 3. 加进了反映计算机技术最新发展的内容。例如，增加了这几年推出的DDR4内存，PCIE 4.0、USB 3.1、USB 3.2接口标准等方面的内容，特别是在第15章中，对高档机的内容做了较多的修改和完善，系统地介绍了9代智能酷睿多核处理器的功能与特点，并对Intel的“TickTock”策略做了概括。 作者谨向本书编写和修订过程中参考过的著作和资料的作者以及为本书编写和修订作出重要贡献的所有老师和学生表示衷心感谢！ 编者 2018年10月于合肥