微机原理与接口技术

本书以 Intel 8086 微处理器为核心的微型计算机作为背景，从传统到现代，全面、系统、深入、详细地介绍微型计算机的工作原理、接口技术和典型应用。本书注重汲取微型计算机最新技术和最新知识，紧跟微型计算机发展的步伐，将微型计算机最新技术融于全书各章之中。全书共 11 章，介绍了微型计算机的基本知识，微处理器结构，指令系统，汇编语言程序设计，存储系统，I/O 接口，总线技术，中断系统，常用接口芯片，A/D、D/A 转换及接口技术，人机交互接口。本书具有简明、实用、操作性强等特点，可作为电子信息类、计算机类及相关工科专业的教学用书。

目 录 第 1 章 微型计算机的基本知识 ................................................................................................. 1 1.1 微型计算机的发展概况、特点及分类 ........................................................................ 1 1.1.1 微型计算机的发展概况 ..................................................................................... 1 1.1.2 微型计算机的特点 ............................................................................................. 4 1.1.3 微型计算机的分类 ............................................................................................. 4 1.2 微型计算机的结构 ........................................................................................................ 6 1.2.1 计算机的组成 ..................................................................................................... 6 1.2.2 计算机的工作原理 ............................................................................................. 7 1.2.3 微型计算机硬件 ................................................................................................. 7 1.2.4 微型计算机软件 ................................................................................................. 9 1.2.5 微型计算机系统 ............................................................................................... 10 1.3 微型计算机的主要性能指标和应用 .......................................................................... 11 1.3.1 微型计算机的主要性能指标 ........................................................................... 11 1.3.2 微型计算机的应用 ........................................................................................... 12 习题 ....................................................................................................................................... 14 第 2 章 微处理器结构 ............................................................................................................... 15 2.1 8086 微处理器简介 ..................................................................................................... 15 2.1.1 8086 微处理器内部结构 .................................................................................. 15 2.1.2 8086/8088 微处理器的存储器组织及 I/O 组织 ............................................. 20 2.2 8086 微处理器的引脚功能及工作模式 ..................................................................... 23 2.2.1 8086 微处理器的引脚功能 .............................................................................. 23 2.2.2 8086 微处理器的两种工作模式 ...................................................................... 26 2.2.3 8086 微处理器的总线操作 .............................................................................. 33 2.3 80x86 系列微处理器 ................................................................................................... 37 2.3.1 80286 微处理器 ................................................................................................ 37 2.3.2 80386 微处理器 ................................................................................................ 39 2.3.3 80486 微处理器 ................................................................................................ 40 2.3.4 Pentium 微处理器 ............................................................................................ 41 2.4 Core 系列微处理器 ...................................................................................................... 43 2.4.1 Core i7 系列微处理器 ...................................................................................... 43 微机原理与接口技术 VI 2.4.2 Core i9 系列微处理器 ...................................................................................... 44 习题 ....................................................................................................................................... 45 第 3 章 指令系统 ....................................................................................................................... 46 3.1 8086 指令系统概述 ..................................................................................................... 46 3.1.1 指令的基本内容 ............................................................................................... 46 3.1.2 8086 指令的基本格式 ...................................................................................... 47 3.2 寻址方式 ...................................................................................................................... 47 3.2.1 数据寻址方式 ................................................................................................... 47 3.2.2 转移地址寻址方式 ........................................................................................... 52 3.3 8086 指令系统 ............................................................................................................. 53 3.3.1 数据传送类指令 ............................................................................................... 53 3.3.2 算术运算类指令 ............................................................................................... 56 3.3.3 逻辑运算与移位类指令 ................................................................................... 64 3.3.4 串操作类指令 ................................................................................................... 67 3.3.5 控制转移类指令 ............................................................................................... 70 3.3.6 处理器控制指令 ............................................................................................... 76 3.3.7 I/O 指令 ............................................................................................................ 77 3.3.8 中断指令 .......................................................................................................... 78 3.4 80x86 增强和扩充的指令 ........................................................................................... 79 3.4.1 80286 增强和扩充的指令 ................................................................................ 79 3.4.2 80386 增强和扩充的指令 ................................................................................ 81 3.4.3 80486 增强和扩充的指令 ................................................................................ 84 3.4.4 Pentium 增强和扩充的指令 ............................................................................ 85 习题 ....................................................................................................................................... 86 第 4 章 汇编语言程序设计 ....................................................................................................... 88 4.1 汇编语言基本语法 ...................................................................................................... 88 4.1.1 汇编程序的建立过程 ....................................................................................... 88 4.1.2 汇编语言程序分段结构 ................................................................................... 89 4.1.3 汇编语言程序的语句类型 ............................................................................... 89 4.2 运算符和操作符 .......................................................................................................... 91 4.2.1 常用运算符和操作符 ....................................................................................... 91 4.2.2 运算符的优先级别 ........................................................................................... 93 4.3 伪指令 .......................................................................................................................... 93 4.3.1 常量或表达式赋值伪指令 ............................................................................... 93 4.3.2 变量定义伪指令 ............................................................................................... 94 4.3.3 段定义伪指令 ................................................................................................... 95 4.3.4 过程定义伪指令 ............................................................................................... 97 目录 VII 4.4 操作系统资源的使用 .................................................................................................. 97 4.4.1 DOS 系统功能调用 .......................................................................................... 97 4.4.2 BIOS 系统功能调用 ........................................................................................ 99 4.5 汇编程序设计 ............................................................................................................ 100 4.5.1 顺序程序设计 ................................................................................................. 100 4.5.2 分支程序设计 ................................................................................................. 101 4.5.3 循环程序设计 ................................................................................................. 103 4.6 子程序设计 ................................................................................................................ 107 4.6.1 编制子程序的基本要求 ................................................................................. 108 4.6.2 子程序设计举例 ............................................................................................. 109 习题 ..................................................................................................................................... 112 第 5 章 存储系统 ..................................................................................................................... 114 5.1 存储器的分级结构 .................................................................................................... 114 5.1.1 半导体存储器分类 ......................................................................................... 115 5.1.2 存储器的结构 ................................................................................................. 116 5.1.3 存储器的性能指标 ......................................................................................... 117 5.2 随机存取存储器 ........................................................................................................ 118 5.2.1 静态随机存取存储器 ..................................................................................... 118 5.2.2 动态随机存取存储器 ..................................................................................... 121 5.3 只读存储器 ................................................................................................................ 127 5.3.1 只读存储器的组成与分类 ............................................................................. 127 5.3.2 常用 EPROM 芯片 ......................................................................................... 129 5.3.3 快闪存储器..................................................................................................... 129 5.4 高速缓冲存储器 ........................................................................................................ 132 5.4.1 工作原理 ........................................................................................................ 132 5.4.2 基本操作 ........................................................................................................ 133 5.5 虚拟存储器 ................................................................................................................ 135 5.5.1 虚拟存储器的概念 ......................................................................................... 135 5.5.2 虚拟存储器的分类 ......................................................................................... 136 5.6 存储器管理 ................................................................................................................ 138 5.6.1 存储单元及存储接口 ..................................................................................... 138 5.6.2 存储器管理..................................................................................................... 142 5.6.3 存储器与 CPU 的连接 ................................................................................... 147 习题 ..................................................................................................................................... 150 第 6 章 I/O 接口 ....................................................................................................................... 152 6.1 接口概述 .................................................................................................................... 152 6.1.1 设置 I/O 接口的原因 ..................................................................................... 152 微机原理与接口技术 VIII 6.1.2 接口与端口的区别 ......................................................................................... 152 6.2 I/O 接口的功能与编址 .............................................................................................. 153 6.2.1 I/O 信息 .......................................................................................................... 153 6.2.2 I/O 接口的功能 .............................................................................................. 154 6.2.3 I/O 接口芯片的分类 ...................................................................................... 155 6.2.4 I/O 端口的编址 .............................................................................................. 155 6.3 I/O 接口的数据传送方式 .......................................................................................... 157 6.3.1 无条件传送方式 ............................................................................................. 157 6.3.2 查询传送方式 ................................................................................................. 157 6.3.3 中断控制传送方式 ......................................................................................... 158 6.3.4 直接数据通道传送方式 ................................................................................. 159 6.4 CPU 与外部设备的接口 ............................................................................................ 159 6.4.1 同步传输方式与接口 ..................................................................................... 159 6.4.2 异步查询方式与接口 ..................................................................................... 161 习题 ..................................................................................................................................... 163 第 7 章 总线技术 ..................................................................................................................... 165 7.1 总线技术 .................................................................................................................... 165 7.1.1 总线的概念..................................................................................................... 165 7.1.2 总线分类 ........................................................................................................ 166 7.1.3 多总线分级结构 ............................................................................................. 167 7.1.4 总线操作 ........................................................................................................ 170 7.1.5 总线仲裁 ........................................................................................................ 170 7.1.6 总线传输方式 ................................................................................................. 174 7.2 微机系统常用总线简介 ............................................................................................ 176 7.2.1 第一代总线..................................................................................................... 176 7.2.2 第二代总线..................................................................................................... 179 7.2.3 第三代总线..................................................................................................... 184 7.2.4 外部总线 ........................................................................................................ 186 7.3 通用串行总线 ............................................................................................................ 191 习题 ..................................................................................................................................... 193 第 8 章 中断系统 ..................................................................................................................... 194 8.1 中断概述 .................................................................................................................... 194 8.1.1 中断的基本概念 ............................................................................................. 194 8.1.2 中断处理过程................................................................................................. 196 8.1.3 多级中断管理 ................................................................................................. 197 8.2 8086 中断系统 ........................................................................................................... 200 8.2.1 外部中断 ........................................................................................................ 200 目录 IX 8.2.2 内部中断 ........................................................................................................ 201 8.2.3 中断向量表..................................................................................................... 202 8.3 可编程中断控制器 8259A ........................................................................................ 203 8.3.1 8259A 的内部结构和引脚 ............................................................................. 203 8.3.2 8259A 的工作方式 ......................................................................................... 206 8.3.3 8259A 的编程设置 ......................................................................................... 208 习题 ..................................................................................................................................... 213 第 9 章 常用接口芯片 ............................................................................................................. 215 9.1 可编程定时/计数器芯片 8253/8254 ......................................................................... 215 9.1.1 8253 的内部结构及其外部引脚 .................................................................... 215 9.1.2 8253 的控制字 ................................................................................................ 217 9.1.3 8253 工作方式与操作时序 ............................................................................ 218 9.1.4 8253 的初始化编程与读输出锁存器 ............................................................ 221 9.1.5 可编程定时/计数器芯片 8254 ....................................................................... 222 9.1.6 8253 应用举例 ................................................................................................ 223 9.2 可编程并行接口芯片 8255A .................................................................................... 225 9.2.1 8255A 的内部结构及其功能 ......................................................................... 225 9.2.2 8255A 的控制字及其工作方式 ..................................................................... 226 9.2.3 8255A 的应用 ................................................................................................. 230 9.3 可编程串行接口芯片 8251A .................................................................................... 231 9.3.1 8251A 的基本功能与内部结构 ..................................................................... 232 9.3.2 8251A 的引脚 ................................................................................................. 233 9.3.3 8251A 的控制字 ............................................................................................. 235 9.3.4 8251A 的初始化编程 ..................................................................................... 237 9.3.5 8251A 应用举例 ............................................................................................. 237 9.4 DMA 控制器 8237A .................................................................................................. 240 9.4.1 8237A 的主要功能与内部结构 ..................................................................... 240 9.4.2 8237A 的引脚 ................................................................................................. 242 9.4.3 8237A 的工作模式 ......................................................................................... 243 9.4.4 8237A 在微机系统中的应用 ......................................................................... 244 习题 ..................................................................................................................................... 245 第 10 章 A/D、D/A 转换及接口技术 ..................................................................................... 246 10.1 A/D 转换技术 .......................................................................................................... 246 10.1.1 A/D 转换工作原理 ....................................................................................... 246 10.1.2 A/D 转换的方法 ........................................................................................... 247 10.1.3 ADC 主要参数 ............................................................................................. 248 10.1.4 ADC0809 内部结构及其与微处理器的接口 ............................................. 249 微机原理与接口技术 X 10.2 D/A 转换技术 .......................................................................................................... 251 10.2.1 D/A 转换工作原理 ....................................................................................... 251 10.2.2 DAC 主要参数 ............................................................................................. 253 10.2.3 DAC0832 内部结构及其与微处理器的接口 ............................................. 254 10.3 常用的 ADC/DAC 器件 .......................................................................................... 257 习题 ..................................................................................................................................... 259 第 11 章 人机交互接口 ........................................................................................................... 261 11.1 键盘原理及接口技术 .............................................................................................. 261 11.2 鼠标原理及接口技术 .............................................................................................. 265 11.3 显示器原理及接口技术........................................................................................... 269 11.3.1 CRT 显示器原理及接口技术 ...................................................................... 269 11.3.2 LED 显示器 .................................................................................................. 276 11.3.3 液晶显示器原理及接口技术 ....................................................................... 277 11.4 打印机接口技术 ...................................................................................................... 279 习题 ..................................................................................................................................... 283 附录 A ASCII（美国标准信息交换码）表 ............................................................................ 284 附录 B 8086 指令系统一览表 ................................................................................................ 285 附录 C 8086 宏汇编常用伪指令表 ........................................................................................ 292 参考文献 ..................................................................................................................................... 294