《微機原理與接口技術》講解微型計算機的工作原理和接口應用技術。《微機原理與接口技術》以intel8086cpu為主線,系統講述微型計算機系統的基本組成、工作原理、指令系統及匯編語言程序設計、半導體存儲器技術、硬件接口技術、總線技術、pc的軟件體系、pc應用系統設計舉例,使學生牢固掌握微型計算機的原理和硬件接口技術,建立微型計算機系統的整體概念,并從 pc應用系統的角度了解其軟件體系和相關接口。
《微機原理與接口技術》適合作為高等學校非計算機專業微型計算機原理與接口技術、微型計算機原理及應用課程的教材,也可供從事微型計算機硬件和軟件設計的工程技術人員參考。
《微機原理與接口技術》在編寫上力求循序漸進,簡潔明了,突出基本原理和基本概念,同時注重系統的應用。《微機原理與接口技術》還采用了較多的表格對指令功能、接口功能等進行歸納,便于教師在給出整體面貌的基礎上篩選重點。
“微機原理與接口技術”是大學本科信息類、電氣類、機電類等非計算機專業的一門重要基礎課程,學生通過對這門課程的學習,掌握微型計算機硬件系統的組成和工作原理,提高對微型計算機系統的理解和應用能力,為將來學習和應用層出不窮的微型計算機新技術打下良好的基礎。
目前開設的“微機原理與接口技術”課程主要有基于51 系列單片機和基于80x86CPU的兩種模式,兩種模式各有所長。考慮到以 Intel CPU 為核心的PC系列微型計算機結構的完整性和應用普及性,同時考慮到原理性課程的講解平臺不宜太復雜,本書選用以8086/8088CPU為主來介紹微型計算機工作原理、匯編語言及接口技術。除了該課程的基本內容外,本書還增加了現代PC常用的總線技術、存儲器管理、80x86/Pentium微處理器的發展等內容。特別是考慮到PC作為上位機廣泛應用于各種監測、控制、網絡通信等場合,其在接口的應用方式上與芯片級接口有很大不同,本書從PC系統應用的需求出發,增加了PC的軟件體系與軟件接口基礎知識、基于PC的應用系統設計舉例。這樣,讀者在學習傳統的微機硬件系統工作原理的基礎上,也學習到更實用的總線技術,了解PC系統軟件體系及接口,為進一步理解和應用紛繁復雜的微型計算機新技術打下基礎。
全書分為9章,第1章至第5章為基本原理部分,主要講解 8088/8086微型計算機的基本原理; 第6章至第9章為應用技術部分,主要介紹微型計算機常用接口技術和PC應用技術。其中,第1章簡要介紹微型計算機基本概念、發展歷程和PC系統的典型配置; 第2章闡述 8088/8086 16位微處理器的編程結構及構成硬件系統的結構、時序,介紹 80x86/Pentium 微處理器技術的發展; 第3章講解 8086/8088 16 位微處理器的指令系統和匯編語言程序設計; 第 4章主要闡述微型計算機存儲器技術基本原理,也介紹了現代微處理器的存儲器管理技術; 第5章闡述輸入/輸出的概念以及8086/8088CPU的中斷系統; 第6章介紹微機常用接口芯片及應用; 第7章介紹PCI等微機系統總線、IEEE 1394、USB等外部總線,闡述了總線基本概念; 第8章介紹操作系統概念、Windows 2000/XP的體系結構、Windows API等軟件接口; 第9章通過舉例介紹了PC系統基于RS-232C、RS-485串行通信以及基于PCI總線的應用方法。
本書在編寫上力求循序漸進,簡潔明了,突出基本原理和基本概念,同時注重系統的應用。例如將IBM PC/XT系統的背景穿插其中,以使讀者了解原理在一個系統中的具體應用方式。書中還采用了較多的表格對指令功能、接口功能等進行歸納,便于教師在給出整體面貌的基礎上篩選重點。由于該課程內容繁多,教師可根據具體教學時數,安排課程講解和自學的內容。
本書第2、4、5 章及第1.2節由葉青編寫,第3章由張靜編寫,第6章及第1.1節由雷輝編寫,第7、8、9章由劉錚編寫,何青編寫了第1.3節,全書由葉青負責籌劃和統稿。參與本書編寫工作的還有彭賦、付成宏、馬洪江,在此一并感謝。
對為本書出付出辛苦勞動的清華大學出版社的編輯及工作人員表示衷心感謝。
由于編者的水平和經驗有限,書中難免有疏漏和錯誤之處,懇請專家和讀者批評指正。
編者
2011年6月
第1章 微型計算機基礎知識
1.1 計算機中數的表示與編碼
1.1.1 數制及其轉換
1.1.2 帶符號數的表示
1.1.3 定點數與浮點數
1.1.4 計算機中的編碼
1.2 微型計算機系統的構成
1.2.1 微型計算機硬件系統的組成和結構
1.2.2 微型計算機基本工作原理和工作過程
1.2.3 微型計算機系統及其主要技術指標
1.3 微型計算機的發展及典型配置
1.3.1 微型計算機的發展
1.3.2 典型微型計算機系統的組成
習題1
第2章 微處理器
2.1 8086/8088微處理器的編程結構
2.1.1 8086cpu的內部功能結構
2.1.2 8086cpu的寄存器結構
2.2 存儲器及i/o端白的組織與管理
2.3 8086cpu的引腳信號及工作模式
2.3.1 8086cpu的引腳及其功能
2.3.2 最小工作模式
2.3.3 最大工作模式
2.4 8086cpu總線操作時序
2.4.1 時序的基本概念
2.4.2 典型時序分析
2.5 80x86微處理器簡介
習題2
第3章 指令系統及匯編語言程序設計
3.1 8086指令系統概述
3.1.1 8086指令的基本格式
3.1.2 8086尋址方式
3.2 8086cpu基本指令
3.2.1 傳送類指令
3.2.2 數據操作類指令
3.2.3 串操作類指令
3.2.4 控制轉移類指令
3.2.5 處理器控制指令
3.3 8086匯編語言程序的編程格式
3.3.1 匯編語言及其源程序結構
3.3.2 匯編語言語句格式
3.3.3 偽指令
3.4 匯編語言程序的上機過程
3.4.1 上機運行的軟件環境
3.4.2 上機過程
3.5 匯編語言基本結構程序設計
3.5.1 程序設計步驟
3.5.2 順序程序
3.5.3 分支程序
3.5.4 循環程序
3.5.5 子程序
3.5.6 dos和bios的中斷功能調用
習題3
第4章 半導體存儲器
4.1 半導體存儲器概述
4.1.1 存儲器的分類
4.1.2 半導體存儲器的性能指標
4.1.3 存儲系統的層次結構
4.1.4 半導體存儲器的內部功能結構
4.2 隨機存取存儲器
4.2.1 靜態隨機存取存儲器sram
4.2.2 動態隨機存取存儲器dram
4.3 只讀存儲器
4.3.1 掩膜rom
4.3.2 可編程rom
4.3.3 可擦除可編程rom
4.3.4 電可擦除可編程rom
4.3.5 閃速存儲器
4.4 存儲器系統設計
4.4.1 一般要求
4.4.2 存儲器與cpu的連接
4.5 存儲器的管理
4.5.1 pc的內存
4.5.2 存儲器的管理模式
4.5.3 虛擬存儲技術
4.6 高速緩存技術
習題4
第5章 輸入/輸出接口及中斷
5.1 輸入/輸出接口概述
5.1.1 i/o接口的組成及功能
5.1.2 i/o端口的尋址
5.2 cpu與外設間的數據傳送方式
5.2.1 直接傳送方式
5.2.2 查詢傳送方式
5.2.3 中斷傳送方式
5.2.4 直接存儲器存取方式
5.3 中斷
5.3.1 中斷系統的基本概念
5.3.2 8086中斷系統
5.3.3 8086中斷向量表與中斷響應過程
習題5
第6章 微型計算機常用接口技術
6.1 IBMpc/xt系統的接口
6.1.1 IBMpc/xt系統接口的組成
6.1.2 接口地址分配
6.2 可編程中斷控制器
6.2.1 8259a的內部結構和引腳
6.2.2 8259a的工作方式
6.2.3 8259a的編程
6.2.4 中斷應用程序舉例
6.3 定時/計數器
6.3.1 概述
6.3.2 可編程定時/計數芯片8253及其應用
6.4 并行通信接口
6.4.1 概述
6.4.2 可編程的并行接口8255a及其應用
6.5 串行通信接口
6.5.1 串行通信的基本概念
6.5.2 串行通信的接口標準
6.5.3 可編程串行接口芯片16550及其應用
6.6 模/數和數/模轉換器
6.6.1 d/a轉換器
6.6.2 a/d轉換器
習題6
第7章 總線技術
7.1 總線的基本概念
7.1.1 總線及總線標準的定義
7.1.2 總線的分類
7.1.3 總線的性能指標
7.1.4 總線的層次化結構
7.1.5 總線的控制與總線傳輸
7.2 常用系統總線
7.2.1 std總線
7.2.2 pc系列總線
7.2.3 pci總線
7.3 常用通信總線
7.3.1 ieee488總線
7.3.2 ieee1394總線
7.3.3 usb總線
7.3.4 現場總線簡介
習題7
第8章 pc的軟件體系與軟件接口
8.1 windows2000/xp的體系結構
8.1.1 操作系統簡介
8.1.2 windows2000/xp的系統構成
8.1.3 對硬件的支持——驅動程序
8.2 軟件接口
8.2.1 軟件接口概述
8.2.2 windowsapi接口
8.2.3 動態鏈接庫
8.2.4 socket接口
8.3 windows應用程序設計
8.3.1 pc中常用的軟件體系結構
8.3.2 windows應用程序設計模式
習題8
第9章 基于pc的應用系統設計舉例
9.1 串行數據采集系統設計
9.1.1 基于rs-232c的數據采集系統
9.1.2 基于rs-485的數據采集系統
9.2 基于pci總線的系統設計
9.2.1 pci總線i/o接口電路設計
9.2.2 pci總線接口卡的驅動程序設計
習題9
參考文獻