本書全面、系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和典型接口技術(shù)。主要內(nèi)容包括:數(shù)在計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算與表示形式,計(jì)算機(jī)的基本組成與工作過程,微處理器結(jié)構(gòu),尋址方式與指令系統(tǒng),匯編語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ),存儲(chǔ)器及其接口,輸入/輸出及DMA技術(shù),中斷系統(tǒng),可編程接口電路,總線技術(shù),高性能微處理器的先進(jìn)技術(shù)與典型結(jié)構(gòu),嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器等。
注重基礎(chǔ):堅(jiān)持“基礎(chǔ)是根本”的教學(xué)理念,強(qiáng)化知識(shí)整合,精心選擇課程的核心知識(shí)和關(guān)鍵技術(shù)。
內(nèi)容全面:全面、系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)的基本組成、工作原理和典型接口技術(shù),建立起包括四個(gè)核心知識(shí)單元和兩個(gè)實(shí)踐訓(xùn)練層次(匯編上機(jī)和接口實(shí)驗(yàn))的科學(xué)合理的內(nèi)容體系。
反映新技術(shù):在注重講解基本概念的同時(shí),也十分注意反映微型計(jì)算機(jī)發(fā)展中的新知識(shí)、新技術(shù),如新型總線技術(shù)、多核處理器技術(shù),以及嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器等。
可讀性強(qiáng):語言精煉,敘述嚴(yán)謹(jǐn),深入淺出,容易閱讀。
“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是高等學(xué)校理工科大學(xué)生的一門重要的計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)課程,也是理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)、匯編語言程序設(shè)計(jì)及常用接口技術(shù)的入門課程。通過本課程的學(xué)習(xí),可使學(xué)生從理論和實(shí)踐上掌握計(jì)算機(jī)/微型計(jì)算機(jī)的基本組成和工作原理,建立微機(jī)系統(tǒng)整機(jī)概念,具備利用微機(jī)技術(shù)進(jìn)行軟、硬件開發(fā)的初步能力。學(xué)習(xí)本課程對于掌握現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本概念和技術(shù)以及學(xué)習(xí)后續(xù)有關(guān)計(jì)算機(jī)課程(如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)等)均具有重要意義。本書是該課程使用的基本教材。
本書堅(jiān)持“基礎(chǔ)是根本”的教學(xué)理念,注重知識(shí)整合,精心選擇課程的核心知識(shí)和關(guān)鍵技術(shù)。全書以80x86/Pentium系列微型計(jì)算機(jī)為背景機(jī),全面、系統(tǒng)地介紹了計(jì)算機(jī)及微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及典型接口技術(shù)。全書共分16章,從內(nèi)容上可劃分為4個(gè)知識(shí)單元:
①計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理(第1、2、3、7、8章);
②指令系統(tǒng)及匯編語言程序設(shè)計(jì)(第4、5、6章);
、跧/O接口技術(shù)(第9、10、11、12、13、14);
、芨咝阅芪⑻幚砥骷扒度胧较到y(tǒng)入門(第15、16章)。
學(xué)習(xí)本書的預(yù)備知識(shí)為數(shù)字電路及程序設(shè)計(jì)的一般知識(shí)。
本書可供60~70學(xué)時(shí)的課堂教學(xué)使用,有些章節(jié)的內(nèi)容可根據(jù)不同的教學(xué)要求進(jìn)行適當(dāng)
取舍。每章后面列出的習(xí)題,主要供理解和復(fù)習(xí)本章基本內(nèi)容而用,書后給出了部分習(xí)題的參考答案。
另外,鑒于“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程是技術(shù)性、實(shí)踐性較強(qiáng)的課程,因此在教學(xué)中應(yīng)安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及編程上機(jī)環(huán)節(jié)。教師可根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)設(shè)備及上機(jī)條件,安排適當(dāng)?shù)慕涌趯?shí)驗(yàn)及匯編程序上機(jī)內(nèi)容。對于尚不具備專門的微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)設(shè)備的教學(xué)環(huán)境,教師可結(jié)合PC機(jī)上已配備的鍵盤、鼠標(biāo)及顯示器等基本I/O設(shè)備,組織相應(yīng)的接口實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,如鍵盤輸入、顯示器輸出編程,鼠標(biāo)器編程等,以培養(yǎng)學(xué)生的I/O接口編程能力。關(guān)于這方面的內(nèi)容,請參見第6章的介紹。
本書是在作者近年承擔(dān)北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院(計(jì)算機(jī)系、智能科學(xué)系、電子學(xué)系及微電子學(xué)系)本科生及北京大學(xué)理科實(shí)驗(yàn)班教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上編寫而成的,并參考和吸收了國外較新同類教材及國內(nèi)兄弟院校優(yōu)秀教材的有關(guān)內(nèi)容,在此,特向有關(guān)作者一并致謝。
特別感謝北京大學(xué)主干基礎(chǔ)課《微機(jī)原理》課程組王志軍、依那、陸俊林、王道憲、楊延軍、高繁民、李潔、讓世美諸位老師對本教材編寫工作的大力支持和幫助。
在本書的編寫和出版過程中,承蒙北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院及清華大學(xué)出版社、北京交通大學(xué)出版社領(lǐng)導(dǎo)的熱情支持和指導(dǎo),責(zé)任編輯譚文芳老師做了認(rèn)真細(xì)致的工作,在此謹(jǐn)向他/她們表示衷心的感謝。
由于編者的水平所限,書中一定存在不少差錯(cuò)和疏漏,誠請廣大讀者及專家批評指正。
本書的教學(xué)資源有PPT課件、匯編上機(jī)工具、題目及參考答案等,歡迎讀者選用,有需要者可直接與編者聯(lián)系索取。
編者
王克義,北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。1970年畢業(yè)于北京大學(xué),畢業(yè)后留校任教至今,長期從事計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)與科研工作。曾于1992—1993年在美國喬治?華盛頓大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與電子工程系進(jìn)修(訪問學(xué)者);主持和參加多項(xiàng)國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目,榮獲國家教育部科技進(jìn)步獎(jiǎng)、北京大學(xué)科學(xué)研究成果獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。
作者熱愛并長期擔(dān)任一線教學(xué)工作, 先后被授予“北京市優(yōu)秀教師”、“北京大學(xué)優(yōu)秀教師”、“北京大學(xué)十佳教師”等榮譽(yù)稱號。負(fù)責(zé)完成的主干基礎(chǔ)課建設(shè)項(xiàng)目獲北京大學(xué)教學(xué)成果一等獎(jiǎng),主講的《微機(jī)原理》課程被評為北京市精品課程。 出版譯著和教材8部。 其中, 一部獲國家教育部科技進(jìn)步三等獎(jiǎng), 三部被評為普通高等教育國家級規(guī)劃教材,一部被評為2011年普通高等教育精品教材,二部被評為北京高等教育精品教材。
目錄
第1章 數(shù)在計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算及表示形式
1.1 進(jìn)位記數(shù)制
1.2 不同進(jìn)位制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換
1.3 二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算
1.4 數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示形式
1.5 二進(jìn)制信息的計(jì)量單位
習(xí)題1
第2章 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作過程
2.1 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
2.2 計(jì)算機(jī)的工作流程
2.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成
2.4 微型計(jì)算機(jī)的分類及主要技術(shù)指標(biāo)
2.5 微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)組成
習(xí)題2
第3章 微處理器的工作模式與編程結(jié)構(gòu)
3.1 微處理器的工作模式
3.2 微處理器的編程結(jié)構(gòu)
3.3 微處理器的尋址機(jī)制
習(xí)題3
第4章 尋址方式與指令系統(tǒng)
4.1 尋址方式
4.2 指令編碼
4.3 8086指令系統(tǒng)
4.4 80286~Pentium指令系統(tǒng)
習(xí)題4
第5章 匯編語言的基本語法
5.1 匯編語言的特點(diǎn)
5.2 匯編語言程序結(jié)構(gòu)和基本語法
5.3 ROMBIOS中斷調(diào)用和DOS系統(tǒng)功能調(diào)用
5.4 匯編語言程序的上機(jī)調(diào)試
習(xí)題5
第6章 匯編語言程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用
6.1 匯編語言程序設(shè)計(jì)的基本方法
6.2 匯編語言的編程應(yīng)用
6.3 Windows環(huán)境下匯編語言程序設(shè)計(jì)
6.4 匯編語言與高級語言的混合編程
習(xí)題6
第7章 微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部功能特性
7.1 微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)
7.2 微處理器的外部功能特性
習(xí)題7
第8章 存儲(chǔ)器及其接口
8.1 概述
8.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)及工作原理
8.3 存儲(chǔ)器接口
8.4 高速緩存
8.5 虛擬存儲(chǔ)器
習(xí)題8
第9章 I/O接口技術(shù)
9.1 I/O接口概述
9.2 I/O控制方式
9.3 DMA技術(shù)
9.4 中斷系統(tǒng)
第10章 并行通信及其接口電路
10.1 可編程并行接口的組成及工作過程
10.2 可編程并行接口8255A
習(xí)題10
第11章 串行通信及其接口電路
11.1 串行通信
11.2 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)
11.3 可編程串行通信接口8251A
習(xí)題11
第12章 計(jì)數(shù)/定時(shí)技術(shù)
12.1 概述
12.2可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253
12.3 8253的應(yīng)用
習(xí)題12
第13章 模擬接口
13.1 模擬接口概述
13.2 D/A轉(zhuǎn)換器
13.3 A/D轉(zhuǎn)換器
習(xí)題13
第14章 總線技術(shù)
14.1 概述
14.2 PCI總線
14.3 USB總線
14.4 高速總線接口IEEE1394
14.5 CAN總線
習(xí)題14
第15章 高性能微處理器的先進(jìn)技術(shù)及典型結(jié)構(gòu)
15.1 高性能微處理器所采用的先進(jìn)技術(shù)
15.2 高性能微處理器舉例
15.3 多核處理器簡介
15.4 現(xiàn)代PC主板典型結(jié)構(gòu)
習(xí)題15
第16章 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器
16.1 嵌入式系統(tǒng)概述
16.2 嵌入式處理器
16.3 ARM體系結(jié)構(gòu)
16.4 ARM指令系統(tǒng)
習(xí)題16
附錄A DOS功能調(diào)用(INT21H)(節(jié)選)
附錄B BI0S中斷調(diào)用(節(jié)選)
附錄C 調(diào)試程序DEBUG的使用
部分習(xí)題參考答案
參考文獻(xiàn)