本书以16位和32位微机为基础，全面、系统地介绍了现代微型计算机的基本组成结构、工作原理、硬件配置和接口技术。主要内容包括：基本硬件逻辑知识、微型计算机系统组成、微处理器、指令系统与汇编语言程序设计、存储器技术、输入/输出接口技术及中断、定时/计数技术及其应用、串行接口和并行接口技术及其应用、模/数和数/模转换技术、总线技术等。重点讲述了存储器系统的知识，包括高速缓冲存储器技术、虚拟存储器技术、SRAM、DRAM，以及32位、64位存储器的组织等。本书每章都有适量的例题与习题，帮助读者巩固和应用学到的知识。为便于教师组织教学与学生自学，本书配有电子教案，读者可以登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）注册下载。

前 言 “微机原理及应用”是计算机、通信、自动化、测控仪器、机械制造及其自动化等专业一门十分重要的专业基础课程。编写本书的目的是让读者从理论和实践上掌握微型计算机的工作原理和汇编语言程序设计，掌握微机的组成结构和常用的接口技术，建立微型计算机系统的整体概念，了解当前微机的新技术与新理论，学会微机系统接口的设计方法及编程应用。培养学生初步具备微机硬、软件开发应用的能力，为相关后续课程的学习奠定良好的基础。在当今，微机中的CPU一般已经由单核更换为双核或四核，但是，其CPU仍然遵循IA-32结构；虽然出现了64位CPU，但是，微机中 32位CPU仍然占主导地位。因此，本书以32位系列微处理器为主线，保留经典的微机技术，增加计算机的新知识。为解决微机原理及应用教材覆盖知识面宽、教与学难度大的困惑，作者在编写教材过程中，注意到了由浅入深和内容结构优化组合的问题。全书共11章，主要内容包括：第1章 介绍了数字逻辑、基本的逻辑部件和计算机运算基础，对于具有先导课程作基础的学生，教师在教学计划中可以根据情况省略。第2章 微型计算机系统概述，介绍了微型计算机系统组成 ，包括16位微机结构、32位微机结构，以及当前微机的分层结构、软件系统等，期望学生建立微型计算机的整体概念，明确下一步学习的要求。第3章 微处理器，介绍了16位、32位微处理器、多核处理器，IA-32处理器的工作模式，Pentium微处理器的功能结构、引脚信号、总线周期、超标量流水线技术等。第4章 将指令系统与汇编语言程序设计合成一章，包括16位、32位指令系统及汇编语言编程。本章配合大量程序例题，突出了重点，期望便于教学、让学生容易理解与掌握。第5章 存储器技术，包括主存储器、外存储器和虚拟存储器技术等。主存储器包括SRAM、ROM、DRAM，16位、32位、64位微机的内存组织，高速缓冲存储器（Cache控制器82385和多核处理器的Cache）。外存包含硬盘和光盘存储器。第6章 输入/输出接口技术及中断，将外设接口基本技术、DMA及中断系统整合成一章。内容丰富，包含I/O端口技术、 16位与32位机输入/输出端口的译码、输入/输出传送数据的方式，DMA技术、可编程中断控制器82C59A、实模式的中断技术、保护模式的中断技术等。第7章 微机的并行接口技术及应用，重点介绍了可编程并行接口芯片8255A及综合应用举例、微机的并行打印机接口技术。第8章 定时/计数技术，主要介绍了可编程时间间隔定时器芯片82C54及应用举例，简单介绍了定时器/计数器8253。第9章 微机的串行通信接口技术，介绍了可编程异步通信接口芯片INS8250及其编程、EIA RS-232-C串行通信接口标准、通用串行总线USB，还介绍了基于串行传输的键盘接口技术和鼠标接口技术。 第10章 模/数和数/模转换技术，重点介绍了D/A转换芯片DAC0832和DAC1210、A/D转换芯片ADC0809和AD574，并阐述了各芯片与计算机的硬件连接及软件编程。第11章 总线技术，介绍了总线的基本知识，重点阐述了外部总线IDE、局部总线PCI和高速图形加速接口AGP。本书每章都有适量的例题与习题，帮助读者巩固和应用学到的知识。建议理论教学安排48～54学时，实践教学根据实际情况，可安排10～18学时。为便于教师组织教学与学生自学，本书配有电子教案，读者可以登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）注册下载。本书由李鹏主编，负责大纲的制定与统稿，并编写第1、4、6、8、10章。雷鸣编写第5章，白凯编写第7章，陈沅涛（长沙理工大学）编写第3、9章，许琼方（衡阳师范学院）编写第2、11章。赵立辉、林华、魏登峰、张健、徐阳等老师参加了编程、调试与校对等工作。武汉大学甘良才教授（博导）对本书的编写和审稿付出了辛勤的劳动。衡阳师范学院李浪教授对本书的大纲提出了宝贵建议，武汉大学禹立老师给予了许多具体的指导与帮助。索蓉霞编辑仔细审阅与修改了全部书稿。在此一并表示最真诚的感谢！由于时间仓促与编者的学识水平有限，疏漏和不当之处在所难免，敬请读者不吝指正，以便在今后的修订中加以改进。 编 者 2014年1月

目 录第1章 数字电路基础与计算机运算基础 1 1.1 逻辑代数的基本运算和逻辑门电路 1 1.1.1 逻辑代数的基本运算规则和基本公式 1 1.1.2 门电路 1 1.1.3 逻辑运算 4 1.1.4 加法电路 5 1.2 基本逻辑部件 6 1.2.1 触发器 6 1.2.2 寄存器 8 1.2.3 移位寄存器 9 1.2.4 计数器 9 1.2.5 三态输出门与缓冲器 11 1.2.6 二进制译码器 11 1.3 计算机运算基础 12 1.3.1 数的定点表示法和32位浮点数标准格式 12 1.3.2 原码、反码与补码 13 1.3.3 二-十进制码与ASCII码 16 思考题与习题 19 第2章 微型计算机系统概述 20 2.1 微型计算机系统组成 20 2.1.1 微机的基本结构 20 2.1.2 16位微机结构 22 2.1.3 32位微机结构 23 2.1.4 微型计算机的主板 25 2.1.5 微型计算机的软件组成 29 2.1.6 微型计算机系统 31 2.2 微型计算机系统的主要性能指标 32 思考题与习题 32 第3章 微处理器 34 3.1 微处理器的基本功能和基本组成 34 3.1.1 微处理器的基本功能 34 3.1.2 微处理器的基本组成 34 3.2 微处理器内部的寄存器 36 3.2.1 8086 CPU内部的寄存器 36 3.2.2 80386 CPU内部的寄存器 41 3.3 微处理器对存储器的管理 44 3.3.1 IA-32处理器的工作模式 44 3.3.2 实模式存储器地址空间的划分 45 3.3.3 实模式存储器的分段管理 45 3.3.4 实模式存储器的寻址 46 3.4 8086系统中的存储器组织 48 3.5 32位微处理器 49 3.5.1 80386 CPU的功能结构 49 3.5.2 Pentium微处理器的功能结构 51 3.5.3 Pentium微处理器的引脚信号 53 3.5.4 Pentium微处理器的总线周期 57 3.6 超标量流水线技术 61 3.6.1 U、V流水线的基本原理 61 3.6.2 “按序发送”与“按序完成”的调度策略 62 3.7 多核处理器 63 3.7.1 多核处理器发展概况 64 3.7.2 多核处理器结构 65 思考题与习题 67 第4章 指令系统与汇编语言程序设计 69 4.1 8086 CPU的寻址方式 69 4.1.1 指令一般格式 69 4.1.2 8086 CPU寻址方式 70 4.2 16位微处理器指令系统 73 4.2.1 数据传送指令 74 4.2.2 算术运算指令 79 4.2.3 逻辑运算指令 84 4.2.4 移位指令 86 4.2.5 串操作指令 90 4.2.6 控制转移指令 95 4.2.7 子程序调用和返回指令 99 4.2.8 中断调用指令 102 4.2.9 符号扩展指令 105 4.2.10 处理机控制指令 105 4.3 汇编语言程序设计 107 4.3.1 机器语言与汇编语言 107 4.3.2 汇编语言中的常量、变量和标号 108 4.3.3 16位完整段汇编语言程序设计 112 4.3.4 32位寻址方式 115 4.3.5 32位微处理器扩充与新增指令 119 4.3.6 简化段汇编语言程序设计 123 思考题与习题 128 第5章 存储器技术 132 5.1 微型计算机存储器概述 132 5.1.1 微型计算机中存储器的类型 132 5.1.2 半导体存储器芯片的主要性能指标 133 5.2 半导体存储器芯片的结构与原理 134 5.2.1 存储器芯片中地址译码的两种方式 134 5.2.2 静态随机存取存储器 138 5.2.3 只读存储器 139 5.2.4 可在线读/写的非易失性存储器 140 5.2.5 动态随机存取存储器（DRAM） 142 5.3 微型计算机中内部存储器的组织 145 5.3.1 8位和16位微机的内存组织 145 5.3.2 32位微机的内存组织 149 5.4 高速缓冲存储器 151 5.4.1 高速缓冲存储器（Cache）的基本原理 151 5.4.2 Cache组织方式 152 5.4.3 Cache控制器82385 157 5.4.4 双核处理器的Cache 158 5.5 外部存储器 159 5.5.1 硬盘存储器 159 5.5.2 光盘存储器 161 5.6 虚拟存储机制和段、页两级管理 164 5.6.1 虚拟存储器机制 164 5.6.2 段和页两级管理 165 思考题与习题 168 第6章 输入/输出接口技术及中断 169 6.1 并行与串行输入/输出接口 169 6.1.1 常用的锁存器和缓冲器 169 6.1.2 基本的输入/输出接口电路 170 6.1.3 输入/输出接口电路的基本功能 171 6.2 I/O端口技术 173 6.2.1 80x86 输入/输出端口的独立编址方式 173 6.2.2 输入/输出指令 173 6.2.3 输入/输出端口地址的分配 174 6.2.4 16位机输入/输出端口地址的译码电路 176 6.2.5 32位机输入/输出端口地址的译码电路 176 6.2.6 输入/输出保护 177 6.3 输入/输出传送数据的几种方式 178 6.3.1 程序控制的输入/输出方式 178 6.3.2 直接存储器存取方式（DMA） 181 6.3.3 中断方式输入/输出 183 6.4 可编程中断控制器82C59A 184 6.4.1 82C59A的内部结构 184 6.4.2 82C59A的引脚 185 6.4.3 82C59A的工作原理 187 6.4.4 82C59A的命令字及编程 189 6.4.5 82C59A在微机系统中的应用 194 6.5 实模式的中断技术 196 6.5.1 中断及中断系统 196 6.5.2 可屏蔽中断的中断响应与中断处理 197 6.5.3 实模式的中断系统 199 6.6 保护模式的中断技术 204 思考题与习题 208 第7章 微机的并行接口技术及应用 210 7.1 可编程并行接口芯片8255A 210 7.1.1 8255A的内部结构 210 7.1.2 8255A引脚信号及其功能 211 7.1.3 8255A的两个控制字及编程 212 7.1.4 8255A的三种工作方式及应用 214 7.2 微机的并行打印机接口 223 7.2.1 Centronics并行打印机接口 223 7.2.2 并行打印机接口内部的寄存器 225 7.2.3 打印机接口编程 227 7.2.4 打印机的性能指标 228 思考题与习题 228 第8章 定时/计数技术 230 8.1 82C54的结构和外部引脚 230 8.1.1 82C54的功能 230 8.1.2 82C54的内部结构 230 8.1.3 82C54的外部引脚 233 8.2 82C54的控制字 234 8.2.1 82C54的方式控制字 234 8.2.2 82C54的锁存命令字 235 8.3 82C54的工作方式及应用 237 8.3.1 6种工作方式 237 8.3.2 82C54应用举例 240 8.4 定时器/计数器8253 243 8.4.1 82C54与8253的比较 243 8.4.2 8253-5的应用举例 244 思考题与习题 245 第9章 串行通信接口技术 247 9.1 串行通信基础 247 9.2 可编程异步通信接口芯片8250 249 9.2.1 8250的基本功能、内部结构和引脚功能 250 9.2.2 8250编程 255 9.3 EIA RS-232-C串行通信接口及应用 261 9.4 通用串行总线USB 263 9.4.1 USB总线的特点 263 9.4.2 USB物理接口及USB的信号 264 9.4.3 USB主控器/根集线器、集线器及连接 266 9.5 键盘接口技术 268 9.5.1 键盘的构成与分类 269 9.5.2 键盘的接口电路 271 9.5.3 键盘中断处理程序 274 9.6 鼠标接口技术 276 9.6.1 鼠标接口 276 9.6.2 鼠标驱动程序及其功能调用 278 思考题与习题 279 第10章 模/数和数/模转换技术 281 10.1 模拟量输入与输出通道的组成 281 10.1.1 模拟量输入通道的组成 281 10.1.2 模拟量输出通道的组成 284 10.2 数/模（D/A）转换器 284 10.2.1 D/A转换器的基本结构 284 10.2.2 D/A转换器的主要技术指标 286 10.2.3 D/A转换芯片DAC0832 286 10.2.4 D/A转换芯片DAC1210 289 10.3 模/数（A/D）转换器 292 10.3.1 A/D转换器的工作原理 292 10.3.2 A/D转换器的主要技术指标 293 10.3.3 A/D转换芯片ADC0809 294 10.3.4 A/D转换芯片AD574 298 思考题与习题 302 第11章 总线技术 303 11.1 总线的概念 303 11.1.1 总线标准的5个特性 303 11.1.2 总线分类 304 11.1.3 总线传输操作过程 304 11.2 局部总线ISA和EISA 306 11.2.1 局部总线ISA 306 11.2.2 局部总线EISA 308 11.3 局部总线PCI 309 11.3.1 PCI总线的特征 309 11.3.2 PCI“桥” 310 11.3.3 基于PCI总线的微处理器系统 311 11.3.4 PCI总线信号 311 11.4 高速图形加速接口AGP 315 11.5 外部总线IDE 316 11.5.1 外部总线IDE简介 316 11.5.2 IDE接口引脚定义 317 11.5.3 IDE接口的三种传输模式 318 思考题与习题 320 参考文献 321

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