《现代微型计算机原理与接口技术教程(第2版)》首先从16位微型计算机人手,介绍8086微处理器和微处理器子系统、内存储器、80x86汇编语言程序设计、微型计算机接口原理、微型计算机的中断系统、dma传输原理、可编程接口芯片以及数模转换与模数转换。在掌握微型计算机基本体系的基础上,进一步介绍32/64位微处理器、现代微型计算机的体系结构、微型计算机总线原理和pci/pci—express、usb总线技术。
《现代微型计算机原理与接口技术教程(第2版)》内容新颖全面,既有对微型计算机原理的系统论述,又有最新一代微型计算机技术的详细介绍。全书语言流畅,举例丰富,大多数例子均是完整的实例,许多直接来自作者的科研实践。
本书可以作为大学电子信息类各专业(计算机、通信、电气自动化等)、大多数理工科类专业(机械制造、材料、机电一体化、仪器仪表、物理、数学等)学生开设“微型计算机原理与接口技术”课程的教材,同时也是科技人员学习微型计算机技术很好的自学教材和参考书。
光阴如箭,不觉中本书第一版出版已经5年了。期间,读者的来信,他们对本书的肯定、支持和信任,无时无刻都在温暖着作者的心。与此同时,技术前进的步伐一刻也没有停歇。蓦然回首,展现在我们面前的,又是一个闪烁着技术革命光辉的、崭新的微型计算机世界。为了使教材内容跟上迅速发展的技术潮流,我们修订了本教材,添加了几年内出现的新技术、新产品、新结构:最新的只读存储器、最新的中央处理器--第三代酷睿i处理器、最新的微型计算机体系结构-Sandy Bridge和Ivy Bridge平台、最新的总线:USB 3.0等。
作者特别引以为豪的是,我们在本书新版中重点推出的关于现代微型计算机总线的技术总结。几年来,我们一直跟踪现代微型计算机总线技术的最新进展,潜心研究其中的技术原理及其发展轨迹的合理性。本书第10.1.3小节(现代微型计算机总线的“串行化”趋势)就是我们潜心研究的成果,相信会对读者有所裨益。
同样令作者自豪的是,本书对USB 3.0总线的全面介绍,开创了国内同类教科书之先河。
虽然本书增添了许多新的内容,但是,通过对传统内容的精练,本书的篇幅并未明显增加。
欢迎国内同行和使用本教材的教师、学生、科技工作者就本书使用中的问题和我们交流,邮箱xhywxywx@163.com恭候着各位的光临。
编 者2012.8
第1版前言
2003年9月,作为上海市教委“十·五重点规划教材”的《现代微型计算机与接口教程》在清华大学出版社出版后,得到了全国众多高校专业教师的认可,被几十所高校选为教材,在不到两年的时间里印刷5次。但是,该教材不包含汇编语言程序设计的内容,给不少没有单独开设汇编语言课程的学校带来不便。为了满足更多高校相关专业的需要,同时也为了及时跟上微型计算机技术的最新发展,我们重新编写了本书,供相关院校教学使用。
《微型计算机原理与接口技术》是电子信息类和其他理、工类专业一门“历史悠久”的计算机课程,同时也是内容不断更新,技术发展最快的领域之一。作为主流机型的PC系列微机在“兼容”的道路上走过了漫长的二十多年,该如何处理这漫长的“时间跨度”和“技术跨度”?面对永远是“初学者”的“学生”,如何应对这日新月异的变化?这是萦绕在作者和众多专业教师心头的一个永远没有最终答案的难解的“方程式”.
学习微型计算机的原理,离不开一个模型。但是,当代的“微型计算机”已经完全不适宜仅仅用“微型”这两个字来概括它的特点了。它的体系结构的复杂程度,它所使用的技术的复杂程度,完全可以令若干年之前的“中、大型计算机”望尘莫及。何况,它的技术还时时刻刻在方向不甚明了的发展、变化之中。即便是入门级的80386系统,以它做模型向初学者讲解微处理器的内部结构,讲解微型计算机的组成和工作原理,也绝不是一件简单的事情。讲解Pentium 4微处理器478根引脚的信号更不是一门面向学生的课程所应该承担的任务。显而易见,用32位微处理器来讲解微型计算机的组成原理、工作原理,实在是勉为其难。对此,本书采取的是“两步走”的方法。首先,用Intel 8086系统作为“基本”模型,讲授微型计算机基本的组成原理、工作原理。当然,Intel 8086仅仅是一个模型,它的许多技术已经过时,我们要用全新的视角对它的体系认真地审视,摒弃那些已淘汰的技术,淡化过时的技术细节,留下组成微型计算机的基本原理、基本方法。在讲解基本原理的基础上,本书通过若干个“专题”的系统阐述,把读者从16位微型计算机快速领入32位微型计算机的殿堂。这样做,可以绕开许多对初学者难以讲清,难以理解,同时也是非本质性的技术细节,在掌握基本原理的基础上学习当代微型计算机最新的体系结构和应用技术。应该说,这是学习“现代微型计算机”一条易教、易学,“多快好省”的道路。这一特点,可能正是作者前一本书受到广泛欢迎的主要原因之一。
其次,作为一门专业课程的教材,必须吸收最新的,成熟的主流技术,淘汰过时的技术。新技术不断涌现,有的新技术被推广和应用,成为主流技术;有些新技术则在前进的浪潮中像浪花一样消逝(例如RAM Bus) 。纵观本书,虽然从起步开始,但是,对诸如PCI-Express、USB 2.0、DDR SDRAM、IEEE 1394等当代微型计算机的最新技术,当代微型计算机最新的体系结构,都有着十分系统的阐述,或者是十分清晰的介绍。
编写本书期间,作者承接了上海市教委《汇编语言程序设计》重点课程建设的任务。在项目的实施中,我们参阅了大量国内,特别是国外的相关教材,认真地回顾了本课程长期教学实践中各种教学体系的得与失。在此基础上,总结出“以程序设计为中心”的《汇编语言程序设计》课程新的教学体系。本书第3章和第4章,正是这一崭新体系的充分体现,是本书的鲜明特色之一,相信一定会得到各位同行的认可。
本书的另一个特点是源于实践,本书的作者都是长期从事计算机系统结构领域教学的专业教师,他们在长期的教学实践中积累了丰富的经验。同时,他们又是长期致力于计算机应用系统开发的科技工作者,他们的许多项目获得了各级奖励,或者取得了很好的社会和经济效益。所以,他们有着丰富的应用系统开发的实际经验。本书每一个技术专题,都力争与实际应用有机地结合起来。所举的例子,大多数都是完整的,可操作的,甚至有的直接来自科研实践。当然,限于篇幅,它们只能撷取其中的核心部分。
全书共12章。主编杨文显拟定了编写大纲,协调了整个编写过程,并认真地对全书进行了统稿。杨晶鑫作为副主编参加了大纲的拟定,编写了第9章和第12章,黄春华编写了第2章和11章。胡建人编写了第7.1~7.4节和第4.3节,宓双编写了第4.4~4.6节,其余各章、节由杨文显编写。
作者的《现代微型计算机与接口教程》出版后,收到了来自全国各地的数百封电子邮件,不少教师在对该书作出充分肯定的同时,也提出了不少的改进意见。在此,谨向各位同行表示诚挚的谢意,没有他们的支持,也就没有本书今天的出版。
但是,本书还是会有许多不尽如人意的地方,繁忙的教学和科研使我们深感到时间的匮乏,我们深深地为不能对本书进一步的精雕细琢而不安。我们盼望着使用本书的教师和读者给我们提出宝贵的意见,也热切地盼望着得到同行的指教。
为了方便教师使用本教材开展教学,本书备有PPT电子课件、第3章和第4章使用的“库子程序”以及习题参考答案(习题分析)。需要者可与作者联系.
编 者
第1章 微处理器与微型计算机
1.1 微型计算机
1.2 8086/8088微处理器结构
1.3 8086/8088微处理器子系统
1.4 8086/8088微处理器的工作时序
习题1
第2章 存储器
2.1 存储器概述
2.2 随机存储器
2.3 只读存储器
2.4 存储器的扩展
习题2
第3章 汇编语言基础
3.1 数据定义与传送
3.2 汇编语言上机操作
3.3 数据运算
3.4 数据的输入和输出
3.5 移位和处理器控制
习题3
第4章 汇编语言程序设计
4.1 选择结构程序
4.2 循环结构程序
4.3 字符串处理
4.4 子程序
4.5 宏指令
4.6 dos和bios功能调用
习题4
第5章 微型计算机输入输出接口
5.1 输入输出接口
5.2 输入输出数据传输的控制方式
5.3 开关量输入输出接口
5.4 pc系列微型计算机外部设备接口
习题5
第6章 中断与dma传输
6.1 中断原理
6.2 可编程中断控制器8259a
6.3 中断方式输入输出
6.4 dma控制器8237a
习题6
第7章 可编程接口芯片
7.1 可编程并行接口8255a
7.2 可编程计时器/计数器8254
7.3 串行通信的基本概念
7.4 可编程串行通信接口8251a
习题?
第8章 数模转换与模数转换
8.1 数模(d/a)转换
8.2 模数(a/d)转换
8.3 典型a/d转换器芯片
8.4 数据采集系统
习题8
第9章 现代微型计算机
9.1 80x86系列微处理器
9.2 32位80x86汇编语言程序设计
9.3 微型计算机体系结构
9.4 存储管理技术
9.5 多任务管理与i/o管理
9.6 现代微型计算机中断系统
习题9
第10章 微型计算机总线
10.1 总线技术原理
10.2 isa总线
10.3 pci总线与pci-express总线
10.4 usb 2.0总线
10.5 usb 3.0总线
习题10
附录a 标准ascii码字符表
附录b 80x86指令系统
附录c dos功能调用
附录d bios功能调用
参考文献