本書(shū)以Intel系列微處理器為背景，系統(tǒng)地介紹了80x86微處理器以及后繼機(jī)型的基本組成、工作原理與計(jì)算機(jī)領(lǐng)域主流的接口技術(shù)。教材的編寫(xiě)基于作者多年的教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)，編寫(xiě)重點(diǎn)是在介紹接口基本原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步總結(jié)接口技術(shù)的方法和概念，結(jié)合典型接口電路實(shí)例，強(qiáng)調(diào)最新接口技術(shù)及其典型應(yīng)用。教材的特色是內(nèi)容新，主要討論32位/64位CPU的編程模型，在經(jīng)典的微機(jī)接口技術(shù)基礎(chǔ)上，增加了通用的USB總線技術(shù)及其應(yīng)用、PCI/PCIE總線、LCD與觸摸屏顯示技術(shù)以及無(wú)線接口技術(shù)等。教材編寫(xiě)組織形式靈活，在勾畫(huà)出計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)架構(gòu)、注重原理的同時(shí)，又結(jié)合具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)以實(shí)例驅(qū)動(dòng)，便于學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握。教材配套的實(shí)驗(yàn)均為開(kāi)放性設(shè)計(jì)，不依賴(lài)于任何實(shí)驗(yàn)箱，只要有微型計(jì)算機(jī)就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
為配合教師課堂教學(xué)和學(xué)生課后學(xué)習(xí)，本書(shū)配套有多媒體教學(xué)課件以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)程序等資料。
本書(shū)可以作為高等學(xué)校計(jì)算機(jī)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)微機(jī)接口、微機(jī)原理課程的教材，也可以作為計(jì)算機(jī)硬件或者軟件開(kāi)發(fā)人員的參考用書(shū)。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛和深入，計(jì)算機(jī)產(chǎn)品更新?lián)Q代越來(lái)越快。新一代信息技術(shù)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)相關(guān)的軟件技術(shù)和硬件技術(shù)都有了巨大的變化。計(jì)算機(jī)接口技術(shù)也在不斷地、快速地發(fā)展著，舊的接口(如并行接口)被淘汰，新的接口(如無(wú)線接口等)逐漸普及，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)接口教材以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的教學(xué)需要。本教材編寫(xiě)組積極跟蹤計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的最新發(fā)展，對(duì)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)教材內(nèi)容進(jìn)行了深入調(diào)研，結(jié)合在相關(guān)科研項(xiàng)目中所取得的研究成果編寫(xiě)了這本教材。本教材的編寫(xiě)在強(qiáng)調(diào)理論的基礎(chǔ)上，著力引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性及創(chuàng)新能力。
與國(guó)內(nèi)現(xiàn)有同類(lèi)教材相比，本教材的特色及創(chuàng)新體現(xiàn)在以下4個(gè)方面。
1. 教材內(nèi)容新
教材中大量增加了反映現(xiàn)代計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的升級(jí)換代，淘汰了同類(lèi)教材中比較陳舊的部分內(nèi)容。例如，同類(lèi)教材中一般都采用8237作為典型的DMA控制器來(lái)介紹，然而現(xiàn)代微機(jī)的DMA控制器已經(jīng)與設(shè)備接口緊密集成，成為設(shè)備接口的專(zhuān)屬部件，如網(wǎng)卡和PCIIDE控制器等內(nèi)部集成了獨(dú)立的DMA控制器。所以，本教材在PCIIDE硬盤(pán)接口中，介紹了DMA的工作原理，并配合相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解硬盤(pán)的DMA數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。此外，相比于同類(lèi)教材，本教材新增和加強(qiáng)的主要內(nèi)容包括多核技術(shù)、保護(hù)模式的原理及編程模型、高級(jí)可編程中斷機(jī)制APIC、硬盤(pán)ATA接口及協(xié)議、USB總線技術(shù)及應(yīng)用、PCI/PCIE總線、LCD與觸摸屏顯示技術(shù)以及無(wú)線接口技術(shù)等。
2. 組織結(jié)構(gòu)合理
在組織形式上，本教材編寫(xiě)過(guò)程中放棄了傳統(tǒng)的知識(shí)點(diǎn)簡(jiǎn)單堆疊和芯片手冊(cè)似的接口技術(shù)介紹，在介紹接口基本原理的基礎(chǔ)上，以培養(yǎng)學(xué)生的接口技術(shù)思維為目標(biāo)，進(jìn)一步總結(jié)接口技術(shù)的方法和概念，結(jié)合典型接口電路實(shí)例，強(qiáng)調(diào)并介紹最新接口技術(shù)及其典型應(yīng)用。教材的編寫(xiě)遵照循序漸進(jìn)的原則，注重從理論基礎(chǔ)到實(shí)踐應(yīng)用的過(guò)渡。以微處理器、總線和外圍接口為中心內(nèi)容，與PCI、USB、DMA、中斷機(jī)制、保護(hù)模式和無(wú)線接口等具體技術(shù)緊密結(jié)合。在宏觀上勾畫(huà)出計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)架構(gòu)的同時(shí)，結(jié)合具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，使學(xué)生對(duì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有更全面深入的了解。3. 理論與實(shí)踐相結(jié)合
本教材貫穿了集理論、實(shí)踐于一體的思想，重點(diǎn)突出了理論與實(shí)踐的結(jié)合。本書(shū)的大部分實(shí)例來(lái)自于作者多年的科研總結(jié)和項(xiàng)目成果，是“有用的”技術(shù)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本書(shū)在寫(xiě)作過(guò)程中，注重將計(jì)算機(jī)中的各種復(fù)雜抽象的原理實(shí)例化，在介紹功能及概念之后，結(jié)合實(shí)例說(shuō)明它們的應(yīng)用。通過(guò)這種方式，使讀者在獲得知識(shí)的同時(shí)，還能夠?qū)W會(huì)靈活地運(yùn)用這些知識(shí)。書(shū)中通過(guò)屏幕截圖、運(yùn)行實(shí)例程序等手段，將抽象的計(jì)算機(jī)部件的運(yùn)行機(jī)制以易于理解的形式展現(xiàn)出來(lái)，方便學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握。
4. 開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及配套實(shí)驗(yàn)
計(jì)算機(jī)接口類(lèi)課程是實(shí)踐性比較強(qiáng)的課程，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)代微機(jī)更深層次的理解，并且要提高學(xué)生的動(dòng)手能力。但是通過(guò)調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的同類(lèi)教材均須依賴(lài)于某種實(shí)驗(yàn)箱或者實(shí)驗(yàn)設(shè)備才能搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境。這樣存在很多不利的問(wèn)題，例如，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)只能到實(shí)驗(yàn)室，不同高校之間由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不同不能方便地交流，進(jìn)行微機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新?lián)Q代需要大量資金，等等。為了解決這些問(wèn)題，本教材采用開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和配套實(shí)驗(yàn)，提出只要有微機(jī)就能開(kāi)展接口實(shí)驗(yàn)的思路，以擺脫實(shí)驗(yàn)箱的限制。本教材提供的實(shí)驗(yàn)均可以在基于Intel 80x86系列的微機(jī)上進(jìn)行，利用最接近實(shí)用的技術(shù)，采用目前主流微機(jī)的接口，直接在微機(jī)主板上做實(shí)驗(yàn)，既具有廣泛性，有利于推廣，又具有實(shí)用性，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
參加本書(shū)編寫(xiě)的作者均為多年站在教學(xué)和科研第一線、有著豐富經(jīng)驗(yàn)的教師。其中，王娟負(fù)責(zé)全書(shū)內(nèi)容的修改和最終定稿，并編寫(xiě)了部分章節(jié)；參加本書(shū)各章節(jié)（包括習(xí)題和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）編寫(xiě)的還有李元章、張全新、譚毓安和張啟坤。本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中得到了全國(guó)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)教育研究會(huì)、清華大學(xué)出版社、北京理工大學(xué)和鄭州輕工業(yè)學(xué)院科技處的大力支持，在此表示誠(chéng)摯的謝意。
由于微機(jī)接口技術(shù)發(fā)展迅速，再加上作者水平有限，難免會(huì)有不足之處，希望得到廣大同仁和讀者的批評(píng)指正。
王娟
2015年12月
第1章微處理器導(dǎo)論/1
1.1微處理器概述/1
1.280x86系列CPU發(fā)展/1
1.2.14位微處理器/1
1.2.28位微處理器/2
1.2.316位微處理器/2
1.2.432位微處理器/2
1.2.564位微處理器/4
1.2.6CPU的微結(jié)構(gòu)/5
1.3微處理器性能指標(biāo)/6
1.3.1速度指標(biāo)/6
1.3.2高速緩沖存儲(chǔ)器/7
1.3.3制造工藝/7
1.3.4核心電壓/8
1.3.5封裝形式/8
1.4軟件特性/9
1.4.1工作模式/9
1.4.2指令系統(tǒng)/10
1.4.3超線程技術(shù)/11
1.4.4超標(biāo)量和超長(zhǎng)指令字/11
1.4.5動(dòng)態(tài)執(zhí)行技術(shù)/12
1.5多核技術(shù)/12
1.5.1概述/12
1.5.2多核的發(fā)展和挑戰(zhàn)/14
1.5.3多核技術(shù)在中國(guó)/14
習(xí)題1/15第2章微型機(jī)硬件系統(tǒng)組成/17
2.1概述/17
2.2主板/17
2.2.1主板結(jié)構(gòu)/17
2.2.2芯片組/18
2.2.3主板上常見(jiàn)插槽/23
2.2.4主板外部接口/27
2.3擴(kuò)展插槽上的板卡/30
2.3.1顯卡/30
2.3.2網(wǎng)卡/30
2.3.3聲卡/31
習(xí)題2/31第3章微處理器編程模型/32
3.1微處理器的基本結(jié)構(gòu)/32
3.2寄存器模型/34
3.2.1程序可見(jiàn)的寄存器/34
3.2.280386以后新增的寄存器/40
3.3CPU工作模式/44
3.3.1實(shí)模式/44
3.3.2保護(hù)模式/45
3.3.3虛擬8086模式/45
3.3.464位CPU的工作模式/46
3.4內(nèi)存管理/47
3.4.1內(nèi)存管理基礎(chǔ)/47
3.4.2段式內(nèi)存管理/52
3.4.3頁(yè)式內(nèi)存管理/57
3.5任務(wù)/64
3.5.1任務(wù)執(zhí)行環(huán)境/65
3.5.2任務(wù)狀態(tài)段/65
3.5.3門(mén)/68
3.5.4任務(wù)切換/70
3.6保護(hù)/75
3.6.1數(shù)據(jù)訪問(wèn)保護(hù)/75
3.6.2對(duì)程序的保護(hù)/78
3.6.3輸入輸出保護(hù)/80
習(xí)題3/83第4章存儲(chǔ)器以及接口技術(shù)/86
4.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述/86
4.2高速緩沖存儲(chǔ)器/86
4.2.1Cache工作原理/87
4.2.2Cache一致性協(xié)議/89
4.3內(nèi)部存儲(chǔ)器/90
4.3.1內(nèi)存分類(lèi)/90
4.3.2內(nèi)存主要技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)/92
4.3.3內(nèi)存模組/94
4.4輔助存儲(chǔ)器/102
4.4.1硬盤(pán)概述/102
4.4.2HDD原理和主要技術(shù)指標(biāo)/102
4.4.3ATAPI標(biāo)準(zhǔn)/104
4.4.4ATA接口的編程模型/108
4.4.5串行ATA/124
4.4.6固態(tài)硬盤(pán)/126
習(xí)題4/128第5章微機(jī)總線技術(shù)/130
5.1總線概述/130
5.1.1總線的分類(lèi)/130
5.1.2總線技術(shù)指標(biāo)/131
5.2ISA總線/132
5.2.1ISA總線的引腳信號(hào)/132
5.2.2ISA總線時(shí)序/135
5.3PCI總線/137
5.3.1PCI總線的特點(diǎn)/138
5.3.2PCI總線的體系結(jié)構(gòu)/138
5.3.3PCI總線引腳信號(hào)定義/140
5.3.4PCI總線命令/143
5.3.5PCI總線協(xié)議/145
5.3.6PCI總線數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程/147
5.3.7總線仲裁/150
5.3.8PCI總線配置/151
5.4PCIE總線/153
5.4.1PCIE概述/153
5.4.2PCIE的協(xié)議層次/154
5.5SCSI總線/156
5.5.1SCSI概述/156
5.5.2SAS總線/158
5.6USB總線/159
5.6.1USB的起源和發(fā)展/159
5.6.2USB接口的硬件特性/162
5.6.3USB OTG技術(shù)及其擴(kuò)展/170
5.6.4USB通信協(xié)議/176
5.6.5USB應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例/192
5.7其他總線/201
5.7.1I2C總線/201
5.7.2PCMCIA總線/203
5.7.3IEEE 1394總線/204
習(xí)題5/204第6章可編程接口芯片/206
6.1并行接口及應(yīng)用/206
6.1.1并行接口概述/206
6.1.2可編程并行接口芯片/207
6.2串行接口及應(yīng)用/217
6.2.1串行通信概述/217
6.2.2可編程串行通信接口/227
6.3定時(shí)與計(jì)數(shù)技術(shù)/244
6.3.1定時(shí)與計(jì)數(shù)技術(shù)概述/244
6.3.2可編程間隔定時(shí)器芯片/245
6.3.3微機(jī)系統(tǒng)中的定時(shí)/261
習(xí)題6/267第7章中斷技術(shù)/270
7.1中斷概述/270
7.1.1中斷基本原理/270
7.1.2中斷和異常/270
7.1.3中斷服務(wù)程序/274
7.2實(shí)模式的中斷處理/274
7.2.1中斷向量表/274
7.2.2實(shí)模式下的中斷處理過(guò)程/275
7.2.3寫(xiě)中斷向量表的方法/276
7.3保護(hù)模式的中斷處理/277
7.3.1中斷描述符表/278
7.3.2保護(hù)模式下的中斷和異常的
處理過(guò)程/279
7.4可編程中斷控制器8259/284
7.4.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)/284
7.4.28259中斷過(guò)程/286
7.4.38259的級(jí)聯(lián)/287
7.4.48259的編程/288
7.4.58259在Pentium微機(jī)中的應(yīng)用/297
7.5高級(jí)可編程中斷控制器APIC/298
7.5.1APIC概述/298
7.5.2LAPIC/299
7.5.3IO APIC/306
習(xí)題7/309第8章顯示技術(shù)/311
8.1顯示模式/311
8.1.1文本模式/313
8.1.2圖形模式/314
8.2圖像的顯示/315
8.2.1INT 10H讀寫(xiě)像素/315
8.2.2存儲(chǔ)器映像編程/317
8.3文字的顯示/320
8.3.1字符的點(diǎn)陣表示/320
8.3.2字符的TrueType表示/322
8.3.3文本模式編程/323
8.4液晶顯示技術(shù)/327
8.4.1液晶顯示器的原理/327
8.4.2液晶顯示器的特點(diǎn)及分類(lèi)/328
8.4.3液晶顯示靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)/330
8.4.4LCD編程技術(shù)/332
8.4.5觸摸屏技術(shù)/337
習(xí)題8/342第9章無(wú)線接口技術(shù)/344
9.1藍(lán)牙技術(shù)/344
9.1.1藍(lán)牙技術(shù)概述/344
9.1.2藍(lán)牙技術(shù)工作原理/345
9.1.3藍(lán)牙協(xié)議/345
9.2紅外/348
9.2.1紅外技術(shù)概述/348
9.2.2IrDA協(xié)議分析/350
9.2.3IrDA建立連接的過(guò)程/350
9.3WiFi/352
9.3.1WLAN的組成單元/352
9.3.2WLAN的組成結(jié)構(gòu)/353
9.3.3IEEE 802.11協(xié)議/354
9.4其他無(wú)線接口/357
9.4.1ZigBee/357
9.4.2RFID/360
習(xí)題9/362
參考文獻(xiàn)/363
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