计算机硬件技术与实践

"1. 聚焦学什么、考什么、做什么来组织内容，以冯?诺依曼计算机的组成为主线，介绍计算机组成的原理、接口设计以及硬件编程。 2. 尽量采用“问题牵引”、“任务驱动”的编写方法，各单元以实际问题引出相关知识点，在启发学生分析问题、解决问题的过程中，讲清原理和概念。 3. 理论和实践相结合，每章配有实训环节，便于学生实际操作，提高动手能力。 4. 配有大量习题和考研真题，为学生提供理解和练习知识的机会，适用于学生进一步学习的需求。 "

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，全面讲述微型计箅机系统的基本组成、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，以及应用的优选计算技术。让读者能够系统掌握汇编语言程序设计的基本方法、硬件接口电路的设计和接口编程，建立微型计算机系统的整体概念，使读者具有微型计算机软件和硬件初步开发、设计的能力。全书共9章。主要内容包括微型计算机基础知识、80x86微处理器、指令系统、汇编语言程序设计、存储器及其与CPU的接口、输人输出接口技术、总线和总线标准、中断技术、常用的串并行数字接口芯片及应用。本书为编者多年课程教学、科研课题以及毕业设计集合而成，结构清晰、内容翔实、系统性较强，各部分内容由浅人深，并配有大量的近几年各高校研究生招生的试题以及《计算机硬件技术基础习题集》配套书，便于读者自学。本书可作为高等学校工科非计箅机专业"微型计算机原理及应用"课程的教材，也可供从事微型计算机硬件和软件设计的工程技术人员参考。

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高档微机中应用的优选计算技术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
7.3.5IEEE1394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