本书是响应计算机教材改革的要求而推出的,特色是将通用微机和嵌入式计算机（主要形式是单片机）这两大分支的内容结合在一起，形成“二合一”教材，这样在教学时间和效果上达到多快好省的目的。内容包括三部分：一是计算机基础知识,介绍单片机和微机的共性部分；二是单片机原理及应用；三是微型计算机原理及应用。     读者对象：本书可作为高等理工科院校非计算机专业本科生的教材，也适合计算机专业的高职、高专及自考人员使用，还可作为广大科技人员的自学参考书。

前 言 21世纪是信息爆炸的时代，各行业的信息化要求咄咄逼人，促使计算机技术飞速发展，而计算机教学与一些基础学科的教学有较大的区别，其内容和方法必须与时俱进，才不会落后于时代。 为了适应各领域的需要，微型计算机形成了两大分支，即通用微型计算机（简称微机或PC）和嵌入式计算机（主要形式是单片机），它们已经完全渗透到人们生活工作的各个方面，对于现代大学生，这两大分支都是最基本的、必须学习的知识。 1．单片机与微机的共性与特色 从外形上看单片机就是一个芯片，而微机则是一台完整的设备，把这两种外表截然不同的东西放到一本书里讲解，主要是因为它们都是由基本的计算机工作原理演变而来的，所以有很多共性。但是随着技术的发展和需求的变化，它们的外形和功能的差别越来越大。 其实很多老师早就认识到单片机和微机“本是同根生”，应该归到一门课里讲，所以，早在20年前就出现了把单片机的内容加到“微机原理及应用”教科书的情况（如清华大学戴梅萼教授编写的《微机技术及应用》），但多数教材都是把单片机的内容作为一章，放在主要内容的最后，这样做的结果，通常就把单片机变为选读内容，并没有起到应有的作用。因为单片机知识相对简单，容易理解和掌握，比较容易进行各种硬件实验，所以，很多学生学习了单片机课程之后，感到对以前学习的微机的内容豁然开朗，很多深奥难懂的问题迎刃而解。这反映了以前的教学安排没有很好地遵循“由浅入深”和“由简至难”的教学规律，因此，如果先学习单片机再学习微机可以起到事半功倍的效果。 2．教学现状与编写意图 多年来“微机原理及应用”类课程都是大学本科的一门必修课，是学习和掌握计算机原理、接口技术和汇编语言必不可少的，但对于其原理应该介绍到什么深度，其应用应该掌握到什么程度，这类教材如何编写等，一直是近年来教学中有争议的问题，总有很多学生反映这门课效果不好，比较难接受，很抽象等。这是因为对于刚刚进入高等学校的本科生来说，直接学习32位以上的微处理器及接口芯片等知识，需要掌握的相关背景知识太多，容易陷入复杂的技术泥潭中。特别是由于微机的发展日新月异，内部结构越来越复杂，芯片的集成度越来越高，加之微处理器品种多，每种微处理器又有许多系列，给初学者带来了不少困惑。 此外，很多书都用大量篇幅介绍8251、8237等较复杂的接口芯片，而随着技术的发展，这些芯片在微机中都不存在了，它们的功能已经集成到多功能芯片中。特别是现在已经没有人直接利用这些芯片做I/O扩展等，按照以前的把I/O接口芯片单独讲解和做试验的方法已经很不现实，而且现在的微机都屏蔽了用户直接对底层硬件的操作，所以要做这些硬件芯片的实验较困难，在硬件接口方面的设计也比较麻烦。很多学校给学生的动手机会比较少，使学生不能从底层了解原理，就不可能深入理解所学习内容，因而知识更新与教学条件和效果之间出现了一定的矛盾。我们认为，解决这一矛盾的关键因素之一是教材、实验设备和方法等。对于非计算机专业的学生，学习这门课程主要是理解和应用，不要求掌握更深层的硬件技术，所以学习的内容就应该有所侧重。 随着单片机及嵌入式系统的广泛应用，有不少高校增加了“单片机原理及应用”课，但是对于这两门课，无论是先上哪门课，都存在着内容重叠的问题。 本书就是针对这类问题所进行的教材方面的改革，我们将这两门课合二为一，力求在教学上更好地符合人的认知规律，达到多快好省的目的。 3．本书特点 本书编写参考了教育部对理工类计算机基础课程“微机原理与接口技术”教学的基本要求，也参考了高等理工科院校非计算机专业“微机原理与应用”和“单片机原理与应用”的教学大纲，大胆改变了传统教材的框架，在充分重视原有教材的基础上，尽量处理好经典内容与现代内容的关系，把微计算机领域中两大重要分支——单片机（微控制器）和微机有机结合在一起，成为“二合一”的教材。通过认真分析两者的共性和个性，以共性为基础知识，先介绍容易入门的单片机原理及应用，再介绍通用微机的基本概念及基础理论。这样使学生较快掌握这两门重要的必修课程，在教学效果上达到多快好省。 与以前所出版的“微机原理与应用”类教材相比较，本书对部分内容有较大的删改，除删除了与单片机原理部分相同的内容之外，还删除了大部分接口芯片的内容和微处理器的引脚信号等内容，对于较容易懂的内容也尽量减少篇幅。 4．本书内容 本书内容主要包括三大部分：第1篇计算机基础知识，第2篇单片机原理及应用，第3篇微机原理及应用。另外，本书的配套课件可登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费下载。 本书在介绍单片机时选择了Intel公司首创的51系列单片机，而介绍微计算机时选择的微处理器也是Intel公司研发的系列芯片，它们在原理和指令系统上有较多的共同之处，使读者比较容易掌握，所采用的实例具有先进性和普遍性。 本书由张迎新组织编写，其中胡欣杰编写了第14章及第15章的1.2～1.3节，赵立军编写了第18章，姚静波编写了第9章的9.2～9.4节，王盛军编写了第11章的11.1～11.3节，樊桂花编写了第10章的10.2～10.4节，陈胜编写了第17章的17.3节，迟明华编写了第3章的3.1节，其余由张迎新编写。 本书是作者多年教学和科研的积累，同时为了使本书内容更加丰富和完整，书中也引用了部分国内外的文献资料及书籍的内容，主要来源见参考文献。在此，对有关作者表示衷心感谢。电子工业出版对这两门课程的教材改革给予了极大的支持，他们广泛征求了一些院校教师关于“单片机与微机原理”教材改革的反馈意见，在此也表示衷心感谢。 由于作者水平有限，书中的错误与不妥之处在所难免，恳请广大读者批评指正。 编 著 者

目 录 第1篇 计算机的基本原理 第1章 概述 2 1.1 计算机的发展 2 1.1.1 计算机发展简史 2 1.1.2 微型计算机的发展及两大分支 3 1.1.3 单片机与微型计算机的 主要异同点 3 1.1.4 计算机的主要技术指标 5 1.2 嵌入式系统概述 5 1.2.1 嵌入式系统的定义与特点 5 1.2.2 嵌入式系统的组成 6 1.3 80C51系列8位单片机简介 8 1.3.1 80C51系列单片机的发展 8 1.3.2 AT89系列单片机的特点及分类 8 1.4 微型计算机系统概述 9 1.4.1 微型计算机系统的基本组成 9 1.4.2 微型计算机的分类 12 1.4.3 微型计算机系统的发展 13 思考与练习 14 第2章 计算机基础知识 15 2.1 计算机中的数制与编码 15 2.1.1 数制 15 2.1.2 计算机中数的表示及运算 16 2.1.3 二进制编码 18 2.2 计算机的基本组成电路 20 2.2.1 常用简单逻辑电路 20 2.2.1 触发器 20 2.2.2 寄存器 21 2.3 存储器概述 23 2.3.1 存储器的分类 24 2.3.2 半导体存储器的分类 24 2.3.3 存储器中的常用名词术语及 主要指标 25 2.3.4 基本存储单元电路 26 2.3.5 存储单元和存储单元地址 27 2.3.6 存储器的寻址原理 28 思考与练习 29 第3章 微型计算机基本工作原理 31 3.1 时序及时钟电路 31 3.1.1 时序及有关概念 31 3.1.2 振荡器和时钟电路 32 3.2 指令与程序概述 32 3.2.1 指令系统简介 32 3.2.2 程序设计语言 33 3.3 CPU的工作原理 34 3.3.1 控制器 34 3.3.2 运算器 35 3.4 微型计算机基本工作原理 36 3.4.1 计算机执行程序过程 36 3.4.2 程序执行过程举例 37 3.5 I/O接口电路 38 3.5.1 接口电路的功能 38 3.5.2 接口电路的组成 39 3.5.3 I/O接口的编址 40 3.5.4 I/O接口分类 41 3.6 并行接口与串行接口 42 3.6.1 并行接口 42 3.6.2 串行接口 42 思考与练习 45 第4章 计算机的中断 46 4.1 概述 46 4.1.1 中断的概念 46 4.1.2 引进中断技术的优点 46 4.1.3 中断源 47 4.1.4 中断系统的功能 47 4.2 中断处理过程 48 4.2.1 中断响应 49 4.2.2 中断处理 49 4.2.3 中断返回 50 4.2.4 中断程序的一般设计方法 50 思考与练习 52 第2篇 单片机原理及应用 第5章 单片机结构及原理 54 5.1 单片机结构 54 5.1.1 标准型单片机组成及结构 54 5.1.2 引脚定义及功能 56 5.2 80C51的存储器 58 5.2.1 存储器结构和地址空间 58 5.2.2 程序存储器 59 5.2.3 数据存储器 60 5.3 特殊功能寄存器SFR 63 5.3.1 80C51系列的SFR 63 5.3.2 AT89S51/52的SFR地址 分布及寻址 63 5.3.3 SFR的功能及应用 65 5.4 输入/输出端口 68 5.4.1 P0口 68 5.4.2 P1口 70 5.4.3 P2口 71 5.4.4 P3口 72 5.4.5 4个I/O端口的主要异同点 73 5.5 复位及时钟电路 74 5.5.1 复位和复位电路 74 5.5.2 时钟电路 76 5.6 80C51系列单片机的低功耗方式 78 5.6.1 电源控制寄存器PCON 78 5.6.2 待机方式 78 5.6.3 掉电方式 79 思考与练习 79 第6章 80C51的指令系统 81 6.1 80C51系列单片机指令系统简介 81 6.1.1 概述 81 6.1.2 汇编语言指令格式 81 6.2 寻址方式 82 6.2.1 符号注释 82 6.2.2 寻址方式说明 83 6.3 指令系统分类介绍 86 6.3.1 数据传送类指令 87 6.3.2 算术运算类指令 91 6.3.3 逻辑操作类指令 95 6.3.4 控制转移类指令 97 6.3.5 位操作类指令 101 思考与练习 103 第7章 汇编语言程序设计 106 7.1 概述 106 7.1.1 汇编语言源程序的格式 106 7.1.2 汇编语言伪指令 107 7.1.3 汇编语言程序设计步骤 108 7.2 顺序与循环程序设计 109 7.2.1 顺序程序设计 109 7.2.2 循环程序设计 110 7.3 分支程序设计 112 7.3.1 分支程序设计综述 112 7.3.2 无条件/条件转移程序 112 7.3.3 散转程序设计 113 7.4 子程序设计 115 7.4.1 子程序结构与设计注意事项 115 7.4.2 子程序的调用与返回 115 7.4.3 子程序设计举例 116 7.5 查表程序设计 117 7.5.1 查表程序综述 118 7.5.2 查表程序设计举例 118 思考与习题 120 第8章 主要功能单元 122 8.1 定时/计数器 122 8.1.1 定时/计数器T0、T1概述 122 8.1.2 定时/计数器的控制方法 123 8.1.3 定时器T0、T1的工作方式 126 8.1.4 定时器T0、T1应用举例 128 8.2 UART串行接口 132 8.2.1 80C51串行接口简介 132 8.2.2 串行通信工作方式 136 8.2.3 串行接口应用举例 138 8.3 中断系统 143 8.3.1 AT89S51单片机的中断系统 144 8.3.2 与中断有关的寄存器 146 8.3.3 中断请求的撤除 148 8.3.4 扩充外中断源 149 8.3.5 中断程序的设计与应用 149 思考与练习 155 第9章 单片机的系统扩展 157 9.1 存储器的并行扩展 157 9.1.1 外部并行扩展总线 157 9.1.2 并行扩展的寻址方法 158 9.1.3 数据存储器扩展概述 159 9.1.4 访问片外RAM的操作时序 160 9.1.5 数据存储器扩展举例 161 9.2 扩展并行I/O接口 162 9.2.1 简单的并行I/O扩展 162 9.2.2 扩展可编程I/O接口芯片 163 9.3 串行扩展概述 166 9.3.1 常用串行总线与串行接口简介 166 9.3.2 单片机串行扩展的模拟技术 169 9.4 扩展数/模转换器 170 9.4.1 D/C电路原理 170 9.4.2 D/A转换器的主要技术指标 171 9.4.3 扩展并行D/A转换器 171 9.5 扩展模/数转换器 174 9.5.1 逐次逼近式A/D转换原理 174 9.5.2 A/D转换的主要技术指标 175 9.5.3 扩展并行A/D转换器 176 9.5.4 扩展串行A/D转换器 178 思考与练习 181 第10章 接口技术 182 10.1 键盘接口 182 10.1.1 键盘工作原理 182 10.1.2 独立式按键 183 10.1.3 行列式键盘 184 10.2 显示器接口 189 10.2.1 显示器概述 189 10.2.2 LED的结构与原理 190 10.2.3 LED静态显示方式 191 10.2.4 LED动态显示方式 193 10.3 功率开关器件接口 195 10.3.1 输出接口的隔离技术 195 10.3.2 功率开关器件接口举例 196 10.4 打印机接口 198 10.4.1 TPP-40A打印机的 性能及接口 198 10.4.2 字符代码及打印命令 199 10.4.3 TPP-40A打印机与单片 机接口 200 思考与练习 202 第11章 单片机应用系统的设计与开发 203 11.1 应用系统设计过程 203 11.1.1 总体方案设计 203 11.1.2 硬件设计 204 11.1.3 软件设计 206 11.2 开发工具和开发方法 208 11.2.1 开发工具 209 11.2.2 单片机的开发方法 209 11.3 单片机用于水位控制系统 210 11.3.1 题目分析 211 11.3.2 硬件设计 211 11.3.3 软件设计 212 11.4 恒温箱温度控制监测系统 212 11.4.1 题目分析 212 11.4.2 硬件设计 213 11.4.3 软件设计 214 思考与练习 218 第3篇 微型计算机系统的原理及应用 第12章 微处理器 220 12.1 8086微处理器 220 12.1.1 8086的内部结构 220 12.1.2 8086的寄存器 222 12.1.3 存储器管理 224 12.1.4 8086 CPU的总线周期 225 12.1.5 8086系统中部分专用 地址空间 226 12.2 80x86系列微处理器 227 12.2.1 功能的扩展 227 12.2.2 性能的提高 228 12.3 Pentium系列微处理器 229 12.3.1 内部组成与工作方式 229 12.3.2 Pentium微处理器的寄存器 231 12.3.3 Pentium微处理器采用的 新技术 234 12.4 新一代微处理器 235 12.4.1 64位微处理器 235 12.4.2 多核微处理器 237 思考与练习 238 第13章 存 储 器 240 13.1 微型计算机存储器系统的组成 240 13.1.1 存储器体系的层次结构 240 13.1.2 CPU与存储器芯片的连接 242 13.1.3 主存储器与DRAM控制器 243 13.2 高速缓冲存储器与虚拟存储器 244 13.2.1 高速缓冲存储器 245 13.2.2 虚拟存储器 248 13.3 微型计算机的内存管理 249 13.3.1 内存配置 249 13.3.2 存储器管理 250 思考与练习 251 第14章 指令系统 252 14.1 寻址方式 252 14.1.1 指令系统符号说明 252 14.1.2 寻址方式说明 253 14.2 指令系统分类介绍 255 14.2.1 数据传送类指令 255 14.2.2 算术运算类指令 259 14.2.3 逻辑运算和移位循环指令 264 14.2.4 串操作类指令 266 14.2.5 控制转移类指令 270 14.2.6 处理器控制类指令 273 思考与练习 274 第15章 汇编语言程序 276 15.1 概述 276 15.1.1 汇编语言程序的格式 276 15.1.2 表达式与运算符 277 15.1.3 常用伪指令 278 15.1.4 宏指令 281 15.2 DOS和BIOS系统功能调用 283 15.2.1 DOS软中断及系统 功能调用 283 15.2.2 BIOS功能调用 286 15.3 汇编语言程序设计举例 287 15.3.1 循环结构程序举例 287 15.3.2 分支结构程序举例 288 15.3.3 子程序结构程序举例 289 思考与练习 291 第16章 输入/输出与总线 293 16.1 输入/输出的控制方式 293 16.1.1 程序控制方式 293 16.1.2 中断方式 293 16.1.3 直接存储器存取方式 294 16.2 微型计算机的总线 295 16.2.1 总线概述 295 16.2.2 总线的操作及控制 297 16.2.3 PC总线的发展 297 16.3 PCI总线 298 16.3.1 PCI总线简介 298 16.3.2 PCI总线的引脚及功能 299 16.3.3 PCI总线的数据传送操作 300 16.4 通用外部总线接口 301 16.4.1 IDE接口 301 16.4.2 SCSI接口 302 16.4.3 AGP接口 303 16.4.4 USB总线接口 304 16.4.5 串行通信接口 305 16.4.6 IEEE1394接口 306 16.5 主板控制芯片组 307 16.5.1 主板控制芯片组简介 307 16.5.2 主板控制芯片组的功能 307 16.5.3 主板控制芯片组的结构 308 思考与练习 310 第17章 微型计算机的中断系统 311 17.1 8086的中断结构 311 17.1.1 中断源 311 17.1.2 中断向量 312 17.1.3 中断处理过程 314 17.2 可编程中断控制器8259A 314 17.2.1 8259A的引脚与结构 315 17.2.2 8259A的工作过程及 工作方式 316 17.2.3 8259A的级连 318 17.2.4 8259A的编程 318 17.3 高档微型计算机的中断系统 321 17.3.1 异常和中断向量 322 17.3.2 中断描述符表 323 17.3.3 中断的响应与处理过程 323 思考与练习 324 第18章 微型计算机系统应用 325 18.1 科学计算与信息管理 325 18.1.1 科学计算 325 18.1.2 信息管理 325 18.2 多媒体技术 326 18.2.1 多媒体技术概述 326 18.2.2 多媒体系统的组成 327 18.2.3 多媒体的应用 327 18.3 计算机测控系统 328 18.3.1 计算机测控系统的功能 328 18.3.2 计算机测控系统的组成 329 18.3.3 计算机测控系统的分类 330 18.4 计算机网络 331 18.4.1 计算机网络的分类 331 18.4.2 计算机网络的组成 332 18.4.3 局域网基本知识 333 18.4.4 Internet简介 334 思考与练习 336 附录A 80C51指令表 337 附录B 常用芯片引脚图 342 参考文献 344

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