微型计算机基本原理与应用PDF电子书下载

第1章　数据在计算机中的表示与运算方法 1

1.1　进位计数制 1

1.1.1　进位计数制及其基数和权 1

1.1.2　计算机中几种常用的进位计数制 1

1.2　不同进位制数之间的转换 4

1.2.1　二进制数转换为十进制数 4

1.2.2　十进制数转换为二进制数 4

1.2.3　任意两种进位制数之间的转换 7

1.3　二进制数的算术运算和逻辑运算 8

1.3.1　二进制数的算术运算 8

1.3.2　二进制数的逻辑运算 9

1.3.3　移位运算 10

1.4　数据在计算机中的表示形式 11

1.4.1　机器数与真值 11

1.4.2　四种常见的机器数形式 12

1.4.3　数的定点表示与浮点表示 16

1.4.4　二-十进制编码 20

1.4.5　字符编码 21

1.4.6　二进制信息的计量单位 22

1.5　数据在计算机中的运算方法 23

1.5.1　定点数加减法运算 23

1.5.2　定点数乘法运算 27

1.5.3　定点数除法运算 30

1.5.4　浮点数的四则运算 35

习题一 38

第2章　计算机的基本结构与工作过程 39

2.1　计算机的基本结构 39

2.1.1　存储程序概念与冯·诺伊曼计算机基本结构 39

2.1.2　计算机的基本组成框图及功能部件简介 40

2.2　计算机的工作过程 44

2.2.1　指令与程序 44

2.2.2　程序的装入与运行 45

2.2.3　计算机的工作过程 46

2.3　控制器基本原理 50

2.3.1　硬布线控制器原理 50

2.3.2　微程序控制器原理 52

2.3.3　一个简单的微程序实例 57

2.4　计算机系统的组成 59

2.4.1　硬件与软件 59

2.4.2　计算机系统的基本组成 59

2.5　微型计算机的产生和发展 60

2.5.1　世界上第一个微处理器和微型计算机的诞生 60

2.5.2　微型计算机的发展阶段 61

2.6　微型计算机的分类及主要技术指标 62

2.6.1　微型计算机的分类 62

2.6.2　微型计算机的主要技术指标 63

2.7　微型计算机的基本结构及系统组成 64

2.7.1　微型计算机基本结构 65

2.7.2　微型计算机的系统组成 66

习题二 66

第3章　微处理器的编程结构 68

3.1　微处理器的工作模式 68

3.1.1　实模式 68

3.1.2　保护模式 69

3.1.3　虚拟8086模式 69

3.2　微处理器的编程结构 69

3.2.1　程序可见寄存器 70

3.2.2　80x86/Pentium处理器的寄存器模型 70

3.3　实模式下的存储器寻址 74

3.3.1 实模式下的存储器地址空间 74

3.3.2　存储器分段技术 75

3.3.3　实模式下的存储器寻址 76

3.3.4　堆栈 81

3.4　实模式输入／输出地址空间 81

习题三 82

第4章　寻址方式与指令系统 83

4.1　寻址方式 83

4.1.1　数据寻址方式 83

4.1.2　转移地址寻址方式 90

4.2　指令编码 92

4.2.1　指令编码格式 92

4.2.2　指令编码举例 95

4.3 8086指令系统 96

4.3.1　数据传送指令 96

4.3.2　算术运算指令 101

4.3.3　逻辑运算与移位指令 112

4.3.4　串操作指令 115

4.3.5　转移指令 119

4.3.6　处理器控制指令 126

4.4 80286～Pentium指令系统 127

4.4.1 80286增强和扩充的指令 127

4.4.2 80386增强和扩充的指令 129

4.4.3 80486增强和扩充的指令 132

4.4.4 Pentium增强和扩充的指令 132

4.4.5 Pentium Pro增强和扩充的指令 133

4.4.6 Pentium Ⅱ增强和扩充的指令 134

习题四 134

第5章　汇编语言的基本语法 136

5.1　汇编语言的特点 136

5.2　汇编语言程序结构和基本语法 137

5.2.1　示例程序 137

5.2.2　基本概念 138

5.2.3　指令语句 144

5.2.4　伪指令语句 146

5.2.5　结构与记录 153

5.2.6　宏指令 155

5.2.7　简化段定义 158

5.3 ROM BIOS中断调用和DOS系统功能调用 160

5.3.1 ROM BIOS中断调用 160

5.3.2 DOS系统功能调用 160

5.4　汇编语言程序的上机过程 161

5.4.1　.exe文件的上机过程 161

5.4.2　.com文件及其上机过程 169

习题五 170

第6章　汇编语言程序设计及应用 174

6.1　汇编语言程序设计的基本方法 174

6.1.1　程序设计的基本步骤 174

6.1.2　程序的基本结构形式 175

6.1.3　子程序设计 177

6.2　汇编语言的编程应用 179

6.2.1 I/O与通信 180

6.2.2　声音与时钟 180

6.2.3　乐曲程序 182

6.2.4　键盘I/O 186

6.2.5　鼠标器编程 188

6.2.6　图形显示 191

6.2.7　文件操作 194

6.3 Windows汇编语言程序设计简介 199

6.3.1　Windows API函数 199

6.3.2　动态链接库 199

6.3.3　指令集选择 200

6.3.4　工作模式选择 200

6.3.5 函数的原型定义 200

6.3.6 Windows应用程序的基本结构框架 201

6.3.7 Win32汇编语言应用程序实例 201

6.3.8 MASM32汇编与连接命令 203

6.4　高级汇编语言技术 203

6.4.1　条件汇编 203

6.4.2　库的使用 204

6.4.3　汇编语言与高级语言的混合编程 204

习题六 209

第7章　微处理器的内部结构及外部功能特性 211

7.1　微处理器的内部结构 211

7.1.1 总线接口单元BIU 211

7.1.2　指令Cache与数据Cache 212

7.1.3　超标量流水线结构 212

7.1.4　动态转移预测及转移目标缓冲器BTB 213

7.1.5　指令预取器和预取缓冲器 215

7.1.6　指令译码器 215

7.1.7　执行单元EU 216

7.1.8　浮点处理单元FPU 216

7.1.9　控制单元CU 216

7.2　微处理器的外部功能特性 217

7.2.1　微处理器的外部引脚信号 217

7.2.2　微处理器的总线时序 222

习题七 230

第8章 I/O接口与DMA技术 232

8.1 I/O接口概述 232

8.1.1 I/O接口的基本功能 232

8.1.2 I/O接口的基本结构 233

8.1.3 I/O端口的编址方式 234

8.1.4 I/O接口的地址分配 235

8.1.5 I/O接口的地址译码及片选信号的产生 236

8.1.6 I/O指令 237

8.2 I/O控制方式 237

8.2.1　程序控制方式 237

8.2.2　中断控制方式 239

8.2.3 DMA方式 240

8.3 DMA接口技术 241

8.3.1 DMA控制器的基本功能 241

8.3.2 DMA控制器的一般结构 242

8.3.3 DMA控制器的工作方式 244

8.3.4 DMA工作过程 244

8.4　可编程DMA控制器8237 245

8.4.1 8237的结构 246

8.4.2 8237的引脚 247

8.4.3 8237的工作方式 249

8.4.4 8237的寄存器及其功能说明 251

8.4.5　特殊软件命令 255

8.4.6 8237内部寄存器的寻址 255

8.4.7 8237的工作周期与操作时序 256

8.4.8 8237的页面寄存器 258

8.4.9 8237的编程 259

8.4.10 8237应用举例 260

习题八 264

第9章 中断及中断控制器 266

9.1　基本概念 266

9.1.1　中断 266

9.1.2　中断响应和处理过程 267

9.1.3　中断优先级和中断嵌套 267

9.2 80x86实模式的中断系统 270

9.2.1　中断的分类 270

9.2.2　中断向量表 270

9.2.3　外部中断 273

9.2.4　内部中断 275

9.2.5　中断响应和中断处理过程 277

9.3　可编程中断控制器8259A 280

9.3.1 8259A的引脚功能 281

9.3.2 8259A的内部结构 281

9.3.3 8259A的工作过程 283

9.3.4 8259A的工作方式 283

9.3.5 8259A的级联使用 285

9.3.6 8259A的控制字及编程使用 287

9.3.7 8259A应用举例 292

9.4　中断服务程序设计 293

9.4.1 中断服务程序的一般结构 293

9.4.2　在中断向量表中置入中断向量 294

9.4.3　中断服务程序设计 296

习题九 297

第10章　并行通信及其接口电路 299

10.1 可编程并行接口的组成及工作过程 299

10.1.1 可编程并行接口的组成及其与CPU和外设的连接 299

10.1.2　可编程并行接口的数据输入输出过程 300

10.2　可编程并行通信接口8255A 300

10.2.1 8255A的性能概要 300

10.2.2 8255A芯片引脚分配及引脚信号说明 301

10.2.3 8255A内部结构方块图 302

10.2.4 8255A的控制字 303

10.2.5 8255A的工作方式 305

10.2.6 8255A的状态字 311

10.2.7 8255A应用举例 312

习题十 315

第11章 串行通信及其接口电路 317

11.1 串行通信 317

11.1.1　串行通信的特点 317

11.1.2　串行通信涉及的常用术语和基本概念 318

11.2 串行通信接口标准 323

11.2.1 RS-232C简介 323

11.2.2 RS-449、RS-423A及RS-422A 324

11.2.3 RS-485标准 324

11.2.4 20mA电流环串行接口 325

11.3 串行接口的基本结构与功能 326

11.3.1　串行异步接口的基本结构与功能 326

11.3.2　串行同步接口的基本结构与功能 328

11.4　可编程串行通信接口8251A 329

11.4.1 USART 329

11.4.2 8251A的基本的功能和工作原理 330

11.4.3 8251A对外接口信号 332

11.4.4 8251A的编程 335

11.4.5 8251A应用举例 339

习题十一 342

第12章　可编程定时器／计数器及其应用 343

12.1　概述 343

12.2　可编程计数器／定时器8253 343

12.2.1 8253的主要功能 343

12.2.2 8253的结构框图 344

12.2.3 8253的引脚 346

12.2.4 8253的工作方式 346

12.2.5 8253的初始化编程 352

12.2.6 8253的读出操作 355

12.3 8253的应用 356

习题十二 358

第13章　存储器及其接口 360

13.1 概述 360

13.1.1　存储器的分类 360

13.1.2　存储器的性能指标 361

13.1.3　存储系统的层次结构 361

13.1.4　内存储器的基本结构及其数据组织 363

13.2　半导体存储器及其典型芯片 365

13.2.1　可读写存储器RAM 366

13.2.2　只读存储器ROM 377

13.3　存储器接口技术 384

13.3.1　存储器与CPU连接时应考虑的问题 384

13.3.2　存储器接口中的片选控制 385

13.3.3　存储器扩展 388

13.3.4　存储器接口分析与设计举例 390

13.3.5 16位、32位、64位存储器接口 392

13.4　改进存储器性能的相关技术 394

13.4.1　双端口存储器 394

13.4.2　并行主存系统 395

13.5　高速缓存（Cache） 397

13.5.1 Cache基本原理 397

13.5.2 Cache的组织方式 399

13.5.3 Cache控制器82385 401

13.5.4 Cache的更新方式及替换算法 404

13.6　虚拟存储器 406

13.6.1　虚拟存储器的工作原理 406

13.6.2 80x86的虚拟存储技术 408

习题十三 409

第14章　总线及总线标准 411

14.1　概述 411

14.1.1　总线 411

14.1.2　总线的分类 411

14.1.3　总线标准 413

14.1.4　总线仲裁 413

14.2 PCI总线 415

14.2.1　概述 415

14.2.2 PCI总线的系统结构及特点 415

14.2.3 PCI总线的引脚信号 417

14.2.4 PCI总线周期 419

14.2.5 PCI总线操作时序 421

14.2.6 I/O地址空间 422

14.2.7 PCI总线的配置空间 423

14.2.8 PCI总线BIOS 428

14.3 USB总线 432

14.3.1 USB概述 432

14.3.2 USB的结构 433

14.3.3 USB协议简介 434

14.4 高速总线接口IEEE 1394 438

14.5 高速图形端口AGP 439

习题十四 441

第15章　80x86/Pentium保护模式原理与结构 442

15.1　保护模式概述 442

15.2　保护模式的主要数据结构 443

15.2.1　段描述符 443

15.2.2　描述符表 443

15.2.3　段选择符 444

15.3　保护模式的寄存器模型 445

15.3.1　全局描述符表寄存器 446

15.3.2　中断描述符表寄存器 448

15.3.3　局部描述符表寄存器 449

15.3.4　控制寄存器 450

15.3.5　任务寄存器 450

15.3.6　改变功能的寄存器 451

15.4　保护模式的存储器管理和地址转换 452

15.4.1　物理地址、线性地址与逻辑地址 452

15.4.2　虚拟地址和虚拟地址空间 453

15.4.3　虚拟地址空间的分段 454

15.4.4　物理地址空间和虚实地址转换 455

15.4.5　段式地址转换 456

15.4.6　页式地址转换 458

15.4.7 转换旁视缓冲器TLB 462

15.5　描述符的格式及功能定义 463

15.5.1　非系统段描述符 463

15.5.2　系统段描述符 465

15.6　保护模式的系统控制指令集 467

15.7　多任务和保护 469

15.7.1　保护和特权级 470

15.7.2　任务切换和任务状态段 472

15.7.3　保护模式的中断和异常操作 475

15.7.4　保护模式的I/O保护 477

15.8　虚拟8086模式 479

习题十五 479

第16章　高性能微处理器的先进技术及典型结构 481

16.1 高性能微处理器所采用的先进技术 481

16.1.1　流水线中的“相关”及其处理技术［6］ 481

16.1.2　指令级并行 484

16.1.3　超标量技术 485

16.1.4　超长指令字结构 485

16.1.5　超级流水线技术 486

16.1.6 RISC技术 486

16.2　高性能微处理器举例 488

16.2.1 64位处理器Alpha 21064 488

16.2.2 Itanium（安腾）处理器——IA-64架构的开放硬件平台 490

16.3　多核处理器简介 492

16.3.1　复杂单处理器结构所遇到的挑战 492

16.3.2　多核处理器的出现 493

16.3.3　多核处理器结构的主要特点 494

16.4　现代PC机主板典型结构 494

16.4.1　芯片组、桥芯片及接口插座 495

16.4.2 Pentium PC主板结构 496

16.4.3 PentiumⅢ-1GHz处理器典型主板布局 497

习题十六 498

附录一　8086/8088指令编码格式 499

附录二 DOS功能调用（INT 21H） 504

附录三 BIOS中断调用 509

附录四 调试程序DEBUG的使用 513

部分习题参考答案 517

参考文献 534