微型计算机接口技术及应用PDF电子书下载

第1章　概述 1

1.1　微机接口技术的基本内容及其层次 1

1.2　微机接口技术的基本概念 2

1.2.1　接口的概念 2

1.2.2　接口的功能 3

1.2.3　接口的组成 4

1.2.4　接口与CPU交换数据的方式 4

1.2.5　分析与设计接口电路的基本方法 4

1.3　微机接口与微机系统 5

1.4　描述微机系统的软件模型方法 6

1.5　I/O信息流在微机接口分析中的应用 7

1.6　32位与16位微机接口技术 7

1.7　微机接口技术的发展概况 7

习题一 9

第2章　32位微处理器的工作模式 10

2.1　实模式 10

2.1.1　实模式的特点 10

2.1.2　32位微处理器在实模式下的状态 11

2.1.3　实模式下的存储器管理 12

2.1.4　实模式下的存储器寻址范围 12

2.2　保护模式 12

2.2.1　保护模式的特点 12

2.2.2　虚拟存储器的概念 13

2.2.3　保护机制 14

2.2.4　保护模式下的存储器管理 14

2.3　虚拟8086模式（V86模式） 16

习题二 17

3.1　微机系统软件模型概述 18

第3章　基于微处理器的微机系统软件模型 18

3.2　实模式下微处理器的寄存器模型 19

3.3　保护模式下微处理器的寄存器模型 22

3.3.1　系统地址寄存器 23

3.3.2　控制寄存器 24

3.3.3　改变功能的寄存器 25

3.3.4　程序不可见寄存器 26

3.4　实模式存储器模型 27

3.4.1　实模式下存储器地址空间和数据组织 27

3.4.2　实模式存储器地址的分段 28

3.4.3　实模式下存储器寻址 29

3.4.4　实模式下存储器物理地址的形成 31

3.5.1 保护模式下虚拟存储器的地址空间 32

3.5.2　保护模式下虚拟地址空间的分段 32

3.5　保护模式存储器模型 32

3.5.3　保护模式下存储器寻址 33

3.5.4　保护模式下段式地址的转换 34

3.5.5　保护模式下存储器地址空间的分页 34

3.6　实模式下I/O地址空间模型 34

3.7　保护模式下I/O地址空间模型 35

习题三 35

第4章　基于微处理器的微机系统的硬件结构 36

4.1　微处理器 36

4.1.1　微处理器在微机系统中的作用 36

4.1.2　微处理器的外部特性 37

4.1.3 微处理器面向存储器和I/O的接口信号 37

4.1.4　微处理器面向外部中断的接口信号 39

4.2　存储器系统 40

4.2.1　存储器的分类 40

4.1.5　微处理器面向DMA的接口信号 40

4.2.2　存储器件的外部特性 41

4.2.3　存储器地址空间的存储体组织 42

4.2.4　存储器地址译码 43

4.2.5　存储器接口 46

4.3 I/O系统 48

4.3.1 I/O系统的地址空间 48

4.3.2　微处理器与I/O系统的接口 49

4.4　总线 50

4.4.1　地址总线 50

4.4.2　数据总线 50

4.4.3　控制总线 51

习题四 51

5.2　段的类型 52

5.2.1　存储段 52

第5章　存储器管理基础 52

5.1　段的定义 52

5.2.2　系统段 53

5.3　段描述符 55

5.3.1　存储段描述符 55

5.3.2　系统段描述符 58

5.3.3　门描述符 59

5.3.4　伪描述符 64

5.4　描述符表 65

5.4.1　描述符表 65

5.4.2　描述符表的初始化 68

5.4.3　描述符表初始化举例 69

5.5.1　段选择子的作用 71

5.5　段选择子 71

5.5.2　段选择子的格式 72

5.6　存储器分页管理机制基础知识 73

5.6.1　页的定义 73

5.6.2　页表项 73

5.6.3　页表 75

5.6.4　页表的初始化 75

5.6.5 页表的初始化举例 76

习题五 80

第6章　存储器管理 82

6.1　存储器的分段管理 82

6.1.1 段的划分 82

6.1.2 对段的描述 82

6.1.4 描述符表寄存器在分段管理中的作用 83

6.1.3　描述符的保存与寻址 83

6.2　存储器的分页管理 85

6.2.1　页的划分 85

6.2.2　对页的描述 86

6.2.3　页表结构 86

6.2.4　控制寄存器在分页管理中的作用 87

6.3　Pentium的存储器管理 88

6.4　保护模式下的地址空间映射和地址转换 88

6.4.1 虚拟地址与物理地址 88

6.4.2　保护模式下地址转换的内容 89

6.4.3　虚拟地址到线性地址的转换 89

6.4.4　线性地址到物理地址的转换 91

6.4.5　虚拟地址到物理地址转换的全过程 94

6.5　存储器的保护机制 94

6.5.1　特权级保护措施 95

6.5.2　条件保护性措施 97

6.5.3　分页管理的保护措施 98

6.5.4　保护措施的实施 99

6.6　存储器分段管理机制在程序指令执行过程中的体现 99

6.7　保护模式程序设计 100

6.7.1　保护模式程序的格式 100

6.7.2　保护模式程序指令集选择 101

6.7.3　保护模式程序编写 101

习题六 106

第7章　总线技术 108

7.1　总线与总线标准 108

7.2　总线的分类与多总线技术 108

7.2.1　总线的分类 108

7.2.2　多总线技术 109

7.3　总线的组成 109

7.4　总线的性能参数 110

7.5　总线传输操作过程及总线传输控制方式 111

7.5.1　总线传输操作过程 111

7.5.2　总线传输控制方式 112

7.6　总线的层次化结构 113

7.6.1 总线的层次 113

7.6.2　总线桥 114

7.7　总线在微机系统中的应用 115

7.7.1　基于PC/XT总线的微机的基本结构 115

7.7.2　基于ISA总线的微机的基本结构 116

7.7.3　基于PCI总线的32位微机的基本结构 116

7.8　总线与接口的关系 117

7.9　ISA总线简介 117

7.9.1 ISA总线的特点 117

7.9.2 ISA总线的信号线定义 118

习题七 119

8.1 中断的概念与类型 120

8.1.1 中断的概念 120

第8章　中断技术 120

8.1.2 中断的类型 121

8.2 中断号 122

8.2.1 中断号 122

8.2.2　32位微处理器的中断号分配 122

8.2.3　16位微处理器的中断号分配 123

8.3.3 中断嵌套 124

8.4 中断向量与中断向量表 124

8.4.1 中断服务程序的人口问题 124

8.3.2 中断的排队方式 124

8.3.1 中断优先级 124

8.3　中断优先级 124

8.4.2 中断向量 125

8.4.3 中断向量表 125

8.4.4 中断向量表的填写 125

8.4.5 中断向量修改 126

8.5.1 中断描述符 127

8.5 中断描述符与中断描述符表 127

8.5.2 中断描述符表 128

8.5.3 中断描述符表的填写 128

8.5.4 中断描述符的修改 129

8.5.5　描述符别名技术 131

8.6　中断／异常处理 131

8.6.1　实模式下中断／异常处理 132

8.6.2　保护模式中断／异常处理 134

8.7.1　82C59A外部特性和内部寄存器 137

8.7　中断控制器 137

8.6.3　对实模式与保护模式下中断处理差异的分析 137

8.7.2　82C59A的工作方式 139

8.7.3　82C59A的编程命令 140

8.7.4　82C59A在微机系统中对中断管理的作用 143

8.7.5　82C59A在32位微机中的应用 143

8.8　实模式下中断应用程序设计 145

8.9　保护模式下中断／异常处理程序设计 149

习题八 157

第9章　DMA技术 159

9.1　DMA传输 159

9.1.1　DMA传输的特点 159

9.1.2　DMA传输的过程 159

9.2　DMA操作 160

9.2.1　DMA操作类型 160

9.3.1　DMA控制器在系统中的工作状态 161

9.2.2　DMA操作方式 161

9.3　DMA控制器 161

9.3.2　DMA控制器与CPU之间的总线控制权转移 162

9.3.3　DMA控制器82C37A的外部特性 162

9.3.4　DMA控制器82C37A寄存器及编程命令 164

9.3.5　DMA控制器82C37A的工作时序 171

9.4　DMA系统 172

9.4.1　DMA控制器与微处理器的接口 172

9.4.2　DMA控制器与I/O电路的接口 173

9.4.3　DMA系统中对存储器和I/O设备的寻址 174

9.4.4　DMA控制器的级联 175

9.5　实模式下DMA应用程序的开发 176

9.5.1　DMA在实模式下的应用 176

9.5.3　DMA编程举例 177

9.5.2　DMA编程的步骤 177

9.6.1　PCI总线的DMA传输 178

9.6　PCI总线的DMA传输 178

9.6.2　PCI总线DMA传输过程 179

习题九 180

第10章　I/O端口地址译码技术 181

10.1　I/O地址空间 181

10.1.1　实模式下的I/O地址空间 181

10.1.2　保护模式下的I/O地址空间 181

10.2　I/O端口 182

10.2.1 什么是I/O端口 182

10.2.2　I/O端口共用技术 182

10.3.1　独立编址 183

10.3.2　统一编址 183

10.3　I/O端口地址编址方式 183

10.4　独立编址方式的I/O端口访问 184

10.4.1　I/O指令 184

10.4.2　I/O端口寻址方式 186

10.4.3　独立编址方式的端口操作 186

10.4.4　I/O指令与读／写控制信号的关系 187

10.5　I/O地址空间的保护 187

10.5.1　I/O特权级保护机制 187

10.5.2　I/O许可位图保护机制 188

10.6　I/O端口地址分配 189

10.6.1 64K I/O地址映像图 189

10.6.2　实模式下I/O地址的分配 189

10.6.3　保护模式I/O地址的分配 190

10.7　I/O端口地址译码 190

10.7.1　I/O地址译码方法 190

10.7.2　I/O地址译码电路 191

10.7.3　I/O地址译码电路设计的几个问题 192

10.8 1　6位微机I/O端口地址译码电路设计 193

10.8.1 IC器件组成的I/O地址译码电路 193

10.8.2 GAL/PAL器件组成的I/O地址译码电路 195

10.9　32位微机I/O端口地址译码电路设计 198

10.10　PCI配置空间对端口地址的重新分配 199

习题十 200

第11章　定时／计数技术 201

11.1　定时与计数 201

11.1.1 定时与计数的关系 201

11.1.2　微机中的定时系统与时序配合 201

11.1.3　外部定时方法及硬件定时器 202

11.2.1　82C54的基本特点 203

11.2.2　82C54的外部连接特性与内部结构 203

11.2　可编程定时／计数器 203

11.2.3 82C54的命令字 205

11.2.4　82C54的工作方式与功能 207

11.2.5　82C54的计数初值（定时常数） 210

11.2.6　82C54的启动方式与中止方式 211

11.2.7　82C54的初始化 212

11.3　定时／计数在微机系统中的应用 212

11.4　定时／计数应用程序的开发 213

11.4.1 开发定时／计数应用程序的途径 213

11.4.2　软件中断INT1CH的应用 214

11.5　定时／计数的应用举例 215

习题十一 229

第12章　接口设计基础 231

12.1　微机系统中的I/O信息流与信息链 231

12.2.1　I/O设备层的作用 232

12.2　I/O设备 232

12.1.1　早期微机系统中的I/O信息链 232

12.1.2 32位微机系统中的I/O信息链 232

12.2.2　I/O设备层的技术问题 233

12.2.3　I/O设备的类型 233

12.2.4　I/O设备的逻辑概念 234

12.3　I/O接口 234

12.3.1　I/O接口层的作用 234

12.3.2　I/O接口层的技术问题 234

12.3.3　I/O接口的基本功能 234

12.3.4　I/O接口的组成 235

12.3.5　I/O接口类型与接口芯片 237

12.3.6　I/O接口与微处理器之间数据交换方式 237

12.3.8　I/O接口标准 239

12.3.7 I/O接口中的I/O端口地址译码 239

12.3.9　分析与设计I/O接口的基本方法 240

12.4　总线 243

12.4.1 总线层的作用 243

12.4.2　总线层的技术问题 243

12.4.3　总线接口 243

12.4.4　ISA与PCI的不同特点 244

12.5　微处理器 245

12.6　I/O信息链中的逻辑环节 245

12.6.1 上层用户程序 245

12.6.2　设备驱动程序的作用 246

12.7　接口设计框架 246

12.7.1　8/16位微机接口设计框架 246

12.7.2　32位微机接口设计框架 246

习题十二 247

第13章　并行接口 248

13.1　并行接口电路 248

13.1.1 采用非可编程IC芯片 248

13.1.2　采用可编程并行接口芯片 248

13.1.3 采用PLD/FPGA器件 248

13.2　可编程并行接口芯片 249

13.2.1　82C55A的外部特性和内部结构 249

13.2.2　82C55A的编程命令 251

13.2.3　82C55A的工作方式 254

13.3　82C55A在微机系统中的应用 255

13.4　82C55A的0方式应用 256

13.5　82C55A的1方式应用 262

13.5.1 1方式下联络信号线的定义 262

13.5.2 1方式的工作时序 264

13.5.3　1方式的状态字 265

13.5.4　1方式并行接口设计 266

13.6　82C55A的2方式应用 269

13.6.1　2方式下联络信号的定义及时序 269

13.6.2　2方式的状态字 270

13.6.3　2方式并行接口设计 271

习题十三 272

第14章　串行通信接口 274

14.1　串行通信的基本概念 274

14.1.1 串行通信的基本特点 274

14.1.2 串行通信接口电路需要解决的问题 274

14.1.3　串行通信传输方向（制式） 274

14.1.4　串行通信中的调制与解调 275

14.1.5 串行通信中的差错控制 276

14.1.6 串行通信中的传输速率控制 277

14.1.7 串行通信中的同步问题 279

14.1.8 串行通信的基本方式 280

14.2　串行通信中的数据格式 280

14.2.1　起止式异步通信数据格式 280

14.2.2　面向字符的同步通信数据格式 281

14.3　串行通信接口标准 282

14.3.1 EIA-RS-232C接口标准 282

14.3.2 RS-485接口标准 286

14.3.3　RS-232C与RS-485的转换 288

14.4　串行通信接口电路 289

14.4.1 串行通信接口的基本任务 289

14.4.2 串行通信接口电路的组成 289

14.5 8251A USART 290

14.5.1　8251A的外部特性 290

14.5.2　8251A内部寄存器及编程命令 291

14.5.3　8251A的初始化内容与顺序 294

14.5.4　8251A的编程 294

14.5.5　RS-232C标准的串行通信接口设计 297

14.5.6 RS-485标准的串行通信接口电路设计 301

14.6 16550 UART 307

14.6.1　16550的外部引脚特性 307

14.6.2　16550的内部寄存器及端口地址 308

14.6.3　16550的编程 312

习题十四 318

第15章　A/D D/A转换器接口 320

15.1　A/D转换器 320

15.1.1 A/D转换器的主要技术指标 320

15.1.2 A/D转换器的外部特性 321

15.2.2 ADC接口电路的结构形式 322

15.2　A/D转换器与微处理器的接口 322

15.2.1 A/D转换器与CPU的连接 322

15.2.3 A/D转换器的数据传输 323

15.2.4 A/D转换器接口控制程序 323

15.2.5　A/D转换器接口控制程序中的在线数据处理 324

15.3　A/D转换器接口设计 324

15.3.1 分析与设计A/D转换器接口的方法 324

15.3.2 A/D转换器接口设计 325

15.4　D/A转换器 340

15.4.1 D/A转换器的主要技术指标 340

15.4.2　D/A转换器的外部特性 341

15.5 D/A转换器与CPU的接口 341

15.5.1 D/A转换器与CPU的连接 341

15.5.2 D/A转换器接口的主要任务 341

15.5.3　分析与设计D/A转换器接口的方法 341

15.6　D/A转换器接口电路设计 342

习题十五 346

第16章　PCI总线接口 347

16.1 PCI总线的特点 347

16.2　PCI总线的信号定义 348

16.3 PCI插槽和引脚分布 352

16.3.1 PCI插槽和PCI扩展卡 352

16.3.2　PCI插槽引脚分布 352

16.4　PCI总线命令 355

16.5　PCI总线协议 357

16.5.1　PCI总线数据的传输机制 357

16.5.2　PCI总线数据的传输控制 357

16.5.3　PCI总线的寻址 358

16.5.4　设备选择 359

16.6.1　PCI总线上的读操作 360

16.6　PCI总线数据传输过程 360

16.5.5　字节对齐 360

16.5.6　PCI总线的驱动与过渡 360

16.6.2　PCI总线上的写操作 361

16.6.3　PCI总线传输的终止过程 362

16.7　PCI总线仲裁 363

16.8　PCI总线配置空间 364

16.8.1　PCI设备和PCI功能 365

16.8.2　PCI配置空间头区域的格式 365

16.8.3　PCI配置空间头区域的功能 365

16.8.4　PCI配置空间的访问 372

16.9　PCI中断 374

16.9.1　PCI中断响应（回答）周期 374

16.9.2　PCI中断的共享 375

16.11.1　PCI接口卡的设计 376

16.11　PCI总线接口设计 376

16.10 PCI的DMA传输 376

16.11.2　基于PCI总线的微机应用系统设计 383

16.11.3　PCI接口卡DMA传输的实现 385

16.11.4　PCI接口卡中断的实现 390

16.12 配置工具PLX MON 391

16.12.1　软件界面 391

16.12.2　功能简介 392

习题十六 393

第17章　设备驱动程序设计 395

17.1　设备驱动程序 395

17.2　Windows 2000的体系结构及与设备驱动程序的关系 395

17.2.1　Windows 2000的体系结构 395

17.3　Windows 2000的驱动程序类型 396

17.2.2　设备驱动程序与Windows 2000的关系 396

17.4.1　WDM驱动程序模型 397

17.4　WDM驱动程序模型和层次结构 397

17.4.2　设备对象和WDM驱动程序的层次结构 398

17.5　设备驱动程序的主要编制技术 399

17.5.1 设备驱动程序对象分析 399

17.5.2　设备驱动程序的基本组成 400

17.5.3　I/O处理 400

17.5.4　PnP处理 401

17.6　驱动程序的开发工具与步骤 402

17.6.1 开发驱动程序的工具软件 402

17.6.2 用DriverStudio开发驱动程序框架 402

17.7.1　设计要求 404

17.7.2　获取PCI接口卡配置空间的配置信息 404

17.7　PCI接口卡驱动程序设计 404

17.7.3　对I/O端口的访问 406

17.7.4　对扩展存储器的访问 407

17.7.5　Win32程序与驱动程序的通信 410

17.7.6　MS-DOS程序与驱动程序的通信 412

17.7.7 MS-DOS应用程序中断的实现 414

17.7.8　PCI设备DMA传输的实现 416

17.8　驱动程序的安装和调试 421

17.8.1　驱动程序的安装 421

17.8.2　驱动程序的调试 422

习题十七 423

第18章　通用串行总线USB 425

18.1　概述 425

18.1.1　USB的发展过程 425

18.1.3　USB接口特性 426

18.1.2　USB的设计目标及特点 426

18.1.4　USB信号定义 428

18.1.5　USB数据编码和解码 428

18.2　USB系统结构 429

18.2.1　总线拓扑结构 429

18.2.2　USB主机 430

18.2.3　USB设备 432

18.2.4　USB的通信模型 433

18.3　USB数据流模型 433

18.3.1　端点 434

18.3.2　管道 434

18.3.3　USB通信数据流 435

18.4　USB协议层 436

18.4.1　包字段格式 436

18.4.2　包格式（Packet Format） 439

18.4.3　事务与传输类型 440

18.4.4　控制传输 441

18.4.5　块传输 442

18.4.6　中断传输 443

18.4.7　同步传输 444

18.5　USB传输管理 444

18.5.1　USB信息转换过程 444

18.5.2　事务的跟踪 446

18.5.3　低速事务 446

18.5.4　分割事务 448

18.6　设备的状态图和总线枚举 451

习题十八 452

参考文献 453