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微机原理与接口技术—基于IA-32处理器和32位汇编语言(第5版)


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钱晓捷 主编
978-7-111-47206-3
39.00
330
2014年07月14日

计算机 > 计算机组织与体系结构 > 微计算机技术

1679
简体中文
16

教材
高等院校计算机教材系列








本教材以32位处理器、32位汇编语言和32位个人微机系统为起点,从应用角度,采用循序渐进、深入浅出、突出实践的方法,展开论述了IA-32处理器的发展和微机组成、处理器编程结构、常用指令及其汇编语言程序设计(32位Windows控制台环境和16位DOS环境)、存储系统、微机总线、输入输出接口及其应用技术,还特别介绍了高速缓冲存储器、指令流水线、多媒体指令、超标量、动态执行、多核等先进技术。本书编者还开辟了“微辅网”(http://www5.zzu.edu.cn/qwfw),面向“微机原理及接口技术”和“汇编语言程序设计”课程,提供相关教学课件(电子教案)、教学大纲、教材勘误、疑难解答、输入输出子程序库、示例源程序文件等。
本书以32位处理器、32位汇编语言和32位个人微机系统为起点,从应用角度讲述了IA-32处理器的发展和微机的组成、处理器编程结构、常用指令及其汇编语言程序设计(32位Windows控制台环境和16位DOS环境)、存储系统、微机总线、输入输出接口及其应用技术,还特别介绍了高速缓冲存储器、指令流水线、多媒体指令、超标量、动态执行、多核等先进技术。与上版相比,第5版在保持总体结构和主体内容不变的情况下,进行了如下修订:
状态标志的详述移到算术运算指令前,便于结合指令更好地理解标志作用。
关于子程序参数传递增加了两个更易理解的程序示例。
关于主存储器增加了EEPROM芯片介绍、NOR和NAND Flash类型的说明等。
关于常用接口技术增加了8253脉冲计数示例、反转法识别按键、DAC芯片输出锯齿波应用等内容。
最后两章改动较大,内容简化后合并为一章。

本书特色
更新教学内容,体现32位主体。本书以32位教学内容为起点,硬件上以IA-32处理器和32位PC机为主体介绍工作原理,软件上以32位指令系统展开论述Windows控制台环境的汇编语言编程。
强调工作原理,淡化技术细节。本书逻辑结构清晰,突出实践环节,强调基本概念和工作原理,而不过多表述实现细节。
化解汇编难点,突出应用价值。本书从一开始就引出汇编语言的软件开发环境,将上机实践贯穿始终,方便读者通过汇编语言程序更好地理解硬件工作原理。
面向普通学生,降低入门要求。本书在编写过程中充分考虑到普通高等院校学生的实际知识水平,对重点和难点使用浅显生动的语言,循序渐进、深入浅出地进行详尽讲解。
开办教学网站,提供辅助资源。为了更好地服务于广大师生和读者,作者开辟了“微辅网”(http://www5.zzu.edu.cn/qwfw),提供电子课件、教学大纲、教材勘误、疑难解答、输入输出子程序库、示例源程序文件等辅助资源。
本书以IA-32处理器和32位PC为主体介绍32位微机原理、32位汇编语言和接口应用技术。全书共分9章。
  第1章“微型计算机系统概述”。本章通过微处理器的发展尤其是Intel 80x86系列处理器的发展引出各种基本概念,从冯·诺伊曼计算机结构引出微型计算机硬件组成,以16位和32位PC为例全面理解微机层次结构,通过熟悉Windows控制台环境了解微机软件系统。
  第2章“处理器结构”。本章以8位CPU、16位8086、32位80386和Pentium为例展开讲述处理器功能结构,重点学习IA-32处理器通用指令执行环境中的通用整数寄存器、存储器组织和数据寻址方式,并熟悉汇编语言的语句格式、程序框架和开发方法。
  第3章“数据处理”。本章以数据在计算机中的表示介绍数制、数值编码和字符编码,以数据在汇编语言中的表达熟悉常量定义、变量应用以及常用伪指令,以数据在处理器中的处理展开论述IA-32处理器数据传送和算术逻辑运算等基本指令,并通过示例程序掌握指令功能和编程应用。
  第4章“汇编语言程序设计”。本章以程序结构为主线,先介绍基本的控制转移指令,然后引出分支程序结构、循环程序结构和子程序结构,同时结合数码转换、字符串处理、键盘输入和显示输出等大量示例程序,掌握汇编语言程序设计方法。最后,介绍汇编语言在编写32位Windows程序以及与C++混合编程方面的应用。
  第5章“微机总线”。本章展开微机总线结构,介绍总线类型、数据传输、信号时序等总线基本技术,以16位8086和32位Pentium为例学习处理器引脚信号和操作时序,以16位ISA、32位PCI和USB总线为例学习系统总线和外设总线。
  第6章“存储系统”。本章以存储层次结构中的主存储器、高速缓冲存储器为主体,学习各种半导体存储器的类型、特点、地址译码,介绍Cache的工作原理和组成结构。最后,说明IA-32处理器支持操作系统进行存储管理的分段和分页机制。
  第7章“输入输出接口”。本章在熟悉I/O接口的特点、编址和指令的基础上,结合I/O接口电路展开论述微机与外设进行无条件传送、查询传送、中断传送和DMA传送的原理,并详细介绍处理器的中断机制和编程方法。本章还引出了使用汇编语言编写16位DOS应用程序的方法。
  第8章“常用接口技术”。本章综合已学知识,以应用为目的,熟悉定时控制、并行接口、串行通信和模拟系统的基本原理,掌握扬声器控制、打印机连接、键盘输入、数码管显示、异步串行通信和模拟系统的常用接口技术。
  第9章“处理器性能提高技术”。本章以IA-32处理器为例介绍高性能处理器运用的各种先进技术,涉及精简指令集计算机思想、指令流水线技术、浮点数据的编码格式及各种并行处理技术。
  本书遵循我国“计算机科学与技术本科专业规范”等指导性文件,结合广大师生的反馈和我们的教学实践,删除了陈旧内容,精练了许多知识,实现了以32位为主体的教学思想,同时也在编排体例等多方面进行了改进。与同类教材相比,  本书具有以下特色。
  1.更新教学内容,体现32位主体
  本书不是将32位内容作为16位内容的补充,安排在各个章节最后或全书最后,而是直接以32位教学内容为起点,硬件上以IA-32处理器和32位PC为主体介绍工作原理,软件上以32位指令系统展开讲述Windows控制台环境的汇编语言编程。例如,汇编语言的32位Windows编程、与Visual C++的混合编程,存储系统的Cache、存储管理,指令集结构的精简指令集计算机思想、浮点指令和多媒体指令,以及系统结构的指令流水线、超标量、动态执行、多线程、多核等技术。
  2.强调工作原理,淡化技术细节
  微型计算机技术的突出特点是教学内容虽不深奥但较琐碎,既有共性的工作原理又有具体应用的技术方法。本书在编著过程中,强调基本概念和工作原理,不过多表述实现细节。例如,本教材以IA-32处理器为例融合8位、16位和32位微机工作原理,而不是仅引出某个处理器的所有技术;选择32位基本指令进行重点学习而不是所有指令泛泛而谈;抓住处理器和总线的关键信号,没有详细展开所有引脚功能;重点说明存储器地址译码原理,不分析存储器芯片的连接细节;从应用角度解释系统结构特点,不以设计者观点论述技术实现。
  3.化解汇编难点,突出应用价值
  汇编语言编程是本课程的一个难点,因为其指令繁多、规则凌乱,又涉及底层硬件原理。传统的教学顺序是:先数据编码、后指令系统、接着伪指令、最后展开程序设计,即在积累了大量指令和规则后才引出程序,往往又没有输入输出交互,编出的程序不知对错。本教材从第1章就引出汇编语言的软件开发环境。第2章介绍汇编语言的语句格式、源程序框架和开发方法,并利用简单易用的输入输出子程序编写具有显示结果的程序。第3章结合数据编码、常量定义和变量应用,自然地引出常用伪指令;然后通过阅读源程序、掌握常用处理器指令,逐渐编写特定要求的程序片段。第4章以程序结构为主线,从简单到复杂逐步编写具有实用价值的应用程序,最后展开讲述Windows编程和混合编程。后续章节结合I/O接口技术,介绍I/O指令和I/O程序、中断服务程序以及扬声器控制、键盘扫描码读取、异步串行通信程序,将上机实践贯穿始终,通过汇编语言程序更好地理解硬件工作原理。
  4.面向普通学生,降低入门要求
  本书充分考虑到普通院校本、专科学生以及自学人员的实际知识水平,以清晰的逻辑结构由浅入深展开教学内容;尽量使用浅显生动的语言,不惜笔墨详尽讲解重点和难点知识。本书只要求读者具有计算机(文化)基础和高级语言的入门知识,掌握微机操作,不要求读者熟悉数字电路、计算机组成原理等先修内容。例如,本教材介绍了基本逻辑运算、门电路、锁存器、三态缓冲器和译码器等涉及硬件的知识,还补充有Windows控制台(及模拟MS-DOS)环境的操作、MASM 6.15命令行开发方法等软件方面的内容。再如,本教材详细介绍了开发软件包的构成,精选了大量示例程序,并提供了作者编写的键盘输入和显示输出I/O子程序库,读者完全可以依据教材所述自主完成各个程序。另外,课程虽然涉及硬件接口,但本教材设计有在PC上实现的实践环节,所以可以不用配置硬件实验平台而开设本课程(当然,如果能够结合硬件实验平台,效果会更加理想)。还有,每章最后都有总结,帮助读者领悟重点知识,并配合大量习题巩固所学。
  5.开办教学网站,提供辅助资源
  本书努力从结构组织、内容编排和上机实践等多方面避免同类教材的不足,努力做到结构新颖、内容充实、知识先进,让广大读者有所收获,掌握一些实实在在的东西。为了更好地服务于广大师生和读者,编者开辟了“微辅网”(http://www5.zzu.edu.cn/qwfw)。该网站面向“微机原理及接口技术”和“汇编语言程序设计”课程,提供相关教学课件(电子教案)、教学大纲、教材勘误、疑难解答、输入输出子程序库、示例源程序文件等辅助资源,是本教材的动态延伸,欢迎大家访问。有关教材的疏漏和不当以及对相关教学问题的探讨,敬请广大师生和读者通过电子邮件(qianxiaojie@zzu.edu.cn)与编者交流。你们的支持是提高教材质量、催生新版教材的最大动力,也是对编者的最大鼓励。
  与前版教材相比,本版保持总体结构和主体内容不变,主要进行了如下修订:
  1)状态标志的详述移到算术运算指令前,便于结合指令更好地理解标志作用。
  2)关于子程序参数传递增加了两个更易理解的程序示例。
  3)关于主存储器增加了EEPROM芯片介绍、NOR和NAND Flash类型的说明等。
  4)关于常用接口技术增加了8253脉冲计数示例、反转法识别按键、DAC芯片输出锯齿波应用等内容。
  5)最后两章改动较大,内容简化后合并为一章。
  6)全书各章都有根据需要修改或增加的文字、图形和表格,以便对有关知识点进行更清晰的解释,尤其是数据处理、主存储器、输入输出接口等章节。
  本书前一版由钱晓捷、王义琴、范喆、张行进等编写,本版由钱晓捷进行修订,并得到了关国利、张青、姚俊婷等同事的帮助。衷心感谢各位老师,谢谢你们的支持。

编者
2014年4月
前言
教学建议
第1章 微型计算机系统概述1
 1.1 微型计算机的发展1
  1.1.1 通用微处理器1
  1.1.2 专用微处理器2
  1.1.3 摩尔定律3
 1.2 Intel 80x86系列处理器3
  1.2.1 16位80x86处理器3
  1.2.2 IA-32处理器4
  1.2.3 Intel 64处理器8
 1.3 微型计算机的系统组成9
  1.3.1 冯·诺伊曼计算机结构9
  1.3.2 微型计算机的硬件系统11
  1.3.3 PC微机结构13
  1.3.4 计算机系统的层次结构16
  1.3.5 微型计算机的软件系统20
 第1章总结22
 第1章习题23
第2章 处理器结构25
 2.1 处理器的功能结构25
  2.1.1 处理器的基本结构25
  2.1.2 8086的功能结构26
  2.1.3 80386的功能结构27
  2.1.4 Pentium的功能结构28
 2.2 寄存器29
  2.2.1 通用寄存器30
  2.2.2 标志寄存器31
  2.2.3 专用寄存器32
 2.3 存储器组织33
  2.3.1 存储模型34
  2.3.2 工作方式34
  2.3.3 逻辑地址35
 2.4 汇编语言基础37
  2.4.1 指令代码格式37
  2.4.2 语句格式39
  2.4.3 源程序框架41
  2.4.4 开发过程44
 2.5 数据寻址方式48
  2.5.1 立即数寻址方式48
  2.5.2 寄存器寻址方式49
  2.5.3 存储器寻址方式49
  2.5.4 各种数据寻址方式总结52
 第2章总结54
 第2章习题54
第3章 数据处理57
 3.1 数据表示57
  3.1.1 数制57
  3.1.2 数值的编码60
  3.1.3 字符的编码62
 3.2 常量表达64
 3.3 变量应用66
  3.3.1 变量定义66
  3.3.2 变量属性69
 3.4 数据传送类指令72
  3.4.1 通用数据传送指令72
  3.4.2 堆栈操作指令74
  3.4.3 其他传送指令76
 3.5 算术运算类指令78
  3.5.1 状态标志79
  3.5.2 加法指令81
  3.5.3 减法指令82
  3.5.4 乘除法等指令84
 3.6 位操作类指令86
  3.6.1 逻辑运算指令86
  3.6.2 移位指令89
 3.7 串操作类指令92
  3.7.1 串传送指令93
  3.7.2 串检测指令94
 3.8 IA-32指令系统96
 第3章总结97
 第3章习题98
第4章 汇编语言程序设计103
 4.1 分支程序结构103
  4.1.1 无条件转移指令103
  4.1.2 条件转移指令105
  4.1.3 单分支程序结构110
  4.1.4 双分支程序结构111
 4.2 循环程序结构113
  4.2.1 循环指令113
  4.2.2 计数控制循环114
  4.2.3 条件控制循环115
 4.3 子程序结构117
  4.3.1 子程序指令117
  4.3.2 子程序设计120
  4.3.3 参数传递121
  4.3.4 程序模块129
 4.4 Windows应用程序编程133
  4.4.1 操作系统函数调用133
  4.4.2 控制台应用程序136
  4.4.3 图形窗口应用程序141
 4.5 与C++语言混合编程142
  4.5.1 嵌入汇编142
  4.5.2 模块连接143
 第4章总结145
 第4章习题146
第5章 微机总线150
 5.1 总线技术150
  5.1.1 总线类型150
  5.1.2 总线的数据传输151
  5.1.3 总线信号和总线时序154
 5.2 8086的引脚信号155
  5.2.1 地址/数据信号155
  5.2.2 读写控制信号156
  5.2.3 其他控制信号157
 5.3 8086的总线时序158
  5.3.1 写总线周期159
  5.3.2 读总线周期160
 5.4 Pentium处理器的引脚和时序161
  5.4.1 引脚定义161
  5.4.2 总线周期163
 5.5 微机系统总线164
  5.5.1 PC总线的发展164
  5.5.2 ISA总线165
  5.5.3 PCI总线167
  5.5.4 USB总线171
 第5章总结174
 第5章习题175
第6章 存储系统177
 6.1 存储系统的层次结构177
  6.1.1 技术指标177
  6.1.2 层次结构177
  6.1.3 局部性原理179
 6.2 主存储器179
  6.2.1 读写存储器180
  6.2.2 只读存储器184
  6.2.3 存储器地址译码189
  6.2.4 主存空间分配194
 6.3 高速缓冲存储器197
  6.3.1 工作原理197
  6.3.2 地址映射199
  6.3.3 替换算法203
  6.3.4 写入策略203
  6.3.5 80486的L1 Cache205
  6.3.6 Pentium的L1 Cache205
 6.4 存储管理206
  6.4.1 段式存储管理207
  6.4.2 页式存储管理209
 第6章总结212
 第6章习题213
第7章 输入输出接口215
 7.1 I/O接口概述215
  7.1.1 I/O接口的典型结构215
  7.1.2 I/O端口的编址217
  7.1.3 输入输出指令218
  7.1.4 16位DOS应用程序220
 7.2 无条件传送和查询传送223
  7.2.1 无条件传送224
  7.2.2 查询传送227
 7.3 中断控制系统229
  7.3.1 中断传送229
  7.3.2 IA-32中断系统232
  7.3.3 内部中断服务程序235
  7.3.4 中断控制器237
  7.3.5 外部中断服务程序239
  7.3.6 驻留中断服务程序242
 7.4 DMA传送244
  7.4.1 DMA传送过程244
  7.4.2 DMA控制器245
 第7章总结246
 第7章习题247
第8章 常用接口技术250
 8.1 定时控制接口250
  8.1.1 8253/8254定时器250
  8.1.2 定时器的应用256
 8.2 并行接口259
  8.2.1 并行接口电路8255259
  8.2.2 并行接口的应用265
  8.2.3 键盘及其接口267
  8.2.4 数码管及其接口275
 8.3 异步串行通信接口277
  8.3.1 异步串行通信格式278
  8.3.2 异步串行接口标准279
  8.3.3 异步串行通信程序281
 8.4 模拟接口287
  8.4.1 模拟输入输出系统287
  8.4.2 D/A转换器288
  8.4.3 A/D转换器292
 第8章总结297
 第8章习题297
第9章 处理器性能提高技术301
 9.1 精简指令集计算机技术301
  9.1.1 复杂指令集和精简指令集301
  9.1.2 RISC技术的主要特点302
 9.2 指令流水线技术303
  9.2.1 指令流水线思想303
  9.2.2 80486的指令流水线304
 9.3 浮点数据处理单元305
 9.4 并行处理技术310
  9.4.1 并行性概念310
  9.4.2 数据级并行310
  9.4.3 指令级并行312
  9.4.4 线程级并行314
 第9章总结317
 第9章习题318
附录 输入输出子程序库319
参考文献321
计算机\微机原理
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