微型計算機技術及應用

第4版以Pentium為核心，系統講述了當前最先進的微型機技術。首先分析了CPU的原理結構、總線週期、中斷機制、尋址方式和指令系統；然後闡述了存儲器管理技術和高速緩存技術；接着講解了微型機和外設之間的各種數據傳輸方式，其中，着重分析了中斷方式和DMA方式的工作原理和傳輸特點，並用較多篇幅講述微型機的接口技術，逐一講解了各關鍵接口部件以及多功能接口部件的原理和應用；此後，講述了鍵盤和鼠標技術、顯示技術、打印機技術、軟盤硬盤和光盤技術以及總線技術，特別對PCI總線技術進行了重點講解；最後介紹了Pentium主機系統的整體結構，對系統控制芯片組和BIOS作了透徹講述，由此使學生對微型機系統建立整體觀念。在各章中，對重點技術都結合實例予以説明，並進行歸納和總結，以利於讀者對微型機技術中最重要最關鍵的部分深入理解、牢固掌握和靈活應用，同時，對關鍵技術儘量闡述其設計思想和創新點，以啓發和培養學生的創新能力。作者基於深厚的教學和科研功底，以一貫精益求精的科學作風，對各章內容的選擇、組織和表述進行了精心考慮，特別注重符合初學者的認知規律，對所有技術都講得條理清晰、深入淺出、通俗易懂。

戴梅萼1946年出生，上海市人，1964年由上海中學人清華大學自動控制系，1970年畢業，1981年獲清華大學工學碩士學位，現任清華大學計算機系教授。自研究生畢業後，長年從事微型計算機技術的教學和科研。曾作為主要完成人或項目負責人，由於出色完成”六五”、”七五”、”八五”、”九五”國家重點科研攻關項目而獲得電子部科技進步一等獎、國家級科技進步三等獎、電子部科技進步二等獎、教育部科技進步二等獎等多次重要獎勵。作為第一作者或唯一作者編著了《微型計算機技術及應用》、《JAVA問答式教程》和《汁算機應用基礎》等多種教材，其中，配套專業教材《微型計算機技術及應用》、《微型計算機技術及應用——習題與實驗題集》、《微型機軟件硬件開發指南》第1版於1996年獲第三屆全國工科電子類優秀教材一等獎，並被台灣儒林圖書公司出版台灣版發行於中國港澳台地區和新加坡，第2版於2001年獲北京市教育教學成果一等獎，並獲國家級教學成果二等獎；第3版於2004年獲全國優秀暢銷書金獎，2005年評為北京市高等教育精品教材。本書長年作為清華大學計算機系本科生必修課教材和全校雙學位教材，並被國內超過400所學校使用。以第一作者在國內外會議和期刊發表科研論文50餘篇。

史嘉權1940年出生，河北秦皇島市人，1965年畢業於清華大學自動控制系，畢業後留校，開設多門專業課，任清華大學計算機系教授。一直從事程序設計、微型機技術、網絡技術和數據庫技術的科研和教學，在國內率先編寫了微型機彙編語言程序設計方面的教材並剖析了國外流行的微型機操作系統，率先研製了以太網絡實時通信系統和分佈式異型機以太網絡語音、圖形、圖像實時傳輸系統。作為負責人完成了多個重要科研項目包括國家重點科技攻關項目，因作出突出貢獻而獲得國家科技攻關榮譽證書，並作為第一獲獎人獲得機電部科技進步三等獎、北京市科技進步三等獎、北京地區網絡系統評比一等獎等獎勵，作為第一完成人獲國家發明專利。作為唯一作者或第一、二作者編寫了《Z80彙編語言程序設計》、《數據庫系統概論》、《微型計算機技術及應用》、《計算機硬件基礎教程——原理、技術及應用》等教材，並翻譯了《微型計算機程序設計》（日譯中）、《數據庫系統基礎教程》（英譯中）等教材，其中，《微型計算機技術及應用》第1版獲第三屆全國工科電子類優秀教材一等獎，第2版獲北京市教育教學成果一等獎、國家級教學成果二等獎，第3版獲全國優秀暢銷書金獎並評為北京市高等教育精品教材。在國際會議和國內雜誌報刊共發表論文40多篇。

《微型計算機技術及應用》普通高等教育“十一五”國家級規劃教材《市場調查與預測》第1版獲全國工科電子類優秀教材一等獎，第2版獲北京市教學成果一等獎，國家級教學成果二等獎。第3版在在152家出版社送評的902種教材中，獲全國優秀暢銷書金獎，這是獲得這個獎的10本圖書中唯一的計算機類教材，也是清華大學出版社送審的唯一獲得金獎的圖書。

清華大學計算機系列教材

這套教材已伴隨着計算機科學與技術的飛速發展茁壯成長了二十餘年，獲得了國家科學技術進步獎、國家級優秀教材特等獎等29項部級以上獎勵，被幾百所高校選作教材。教學效果非常好。現經修訂和增加新品種、新內容，基本涵蓋了本科生和碩士研究生的主要課程。這套系列教材體系完整、結構嚴謹、理論結合實際、注重素質培養。

這是清華大學計算機系本科生和全校計算機雙學位學生的必修課《微型機原理》的專用教材。長年被國內400多所高校選作教材，並被台灣儒林圖書公司印刷台灣版發行於台港澳地區和新加坡，也被這些地區的一些學校選為教材。

在選材、內容組織和講述中非常注重認知規律，用通俗易懂的語言透徹講述了一系列重要的微機技術，特別可貴的是，基於作者長年的教學和科研工作，以及與Intel公司多年技術上的直接聯繫，《微型計算機技術及應用》在國內外首次準確地剖析和闡明瞭多個精巧而重要技術的由來、設計方法和優化思路，由此，一直受到廣大讀者的高度好評，有學生在扉頁上寫了這樣的話：”一本價值大大高於價格的書”。

《微型計算機技術及應用》有配套教材《微型計算機技術及應用一一習題、實驗題和綜合訓練題集》和《微型計算機技術及應用——微型機軟件硬件開發指南》，前一《微型計算機技術及應用》的習題針對《微型計算機技術及應用》相應章節的關鍵技術，實驗題則針對微型機技術中最重要和實用的內容，另外，提供了一套綜合訓l練題集，使教學實踐環節更加切合日新月異的技術發展情況，最後附有兩份模擬試卷及其答案；後一《微型計算機技術及應用》對前一《微型計算機技術及應用》中的全部實驗題給出了加註釋的源程序，這些程序都經過調試和運行，其目的是為學習者提供一種參考，他們由此可作出更精良更有創意的設計。

有配套的電子教學課件用以協助教學，此課件基於許多兄弟院校同行的意見和建議而設計，含64學時年1348學時兩種教案，針對每章內容列出了重點，並提出教學建議。

第1章微型計算機概述1

1.1微型計算機的特點和發展1

1.2微型計算機的分類2

1.3微處理器、微型計算機和微型計算機系統3

1.3.1微處理器3

1.3.2微型計算機5

1.3.3微型計算機系統6

1.4微型計算機的應用7

1.5微型計算機的性能指標8

第2章16位和32位微處理器9

2.116位微處理器80869

2.1.18086的編程結構9

2.1.28086的引腳信號和工作模式13

2.1.38086的操作和時序22

2.1.48086的存儲器編址和I/O編址35

2.232位微處理器Pentium的先進技術38

2.3Pentium的指令流水線技術41

2.4Pentium的工作方式44

2.5Pentium的原理結構45

2.6Pentium的寄存器和相關機制48

2.6.1基本寄存器組48

2.6.2段寄存器和描述符以及保護方式的尋址機制49

2.6.3系統寄存器組51

2.6.4浮點寄存器組55

2.7Pentium的主要信號57

2.8Pentium的總線狀態61

2.9Pentium的總線週期62

2.10Pentium的中斷65

2.10.1Pentium的中斷機制65

2.10.2中斷描述符表68

2.11Pentium的保護技術69

2.11.1段頁兩級保護機制69

2.11.2程序運行中的保護71

2.12Pentium系列微處理器的技術發展72

2.13Itanium微處理器概述74

第3章Pentium的指令系統75

3.1Pentium的尋址方式75

3.1.1立即數尋址75

3.1.2寄存器尋址76

3.1.3輸入/輸出端口尋址76

3.1.4存儲器尋址77

3.2Pentium的指令系統79

3.2.1傳送指令80

3.2.2算術運算指令86

3.2.3邏輯運算和移位指令98

3.2.4串操作指令101

3.2.5調用/轉移/循環控制/中斷指令105

3.2.6標誌操作和處理器控制指令115

3.2.7條件測試和字節設置指令117

3.2.8位處理指令118

3.2.9系統管理指令120

3.2.10支持高級語言的指令122

3.3彙編語言中的標記、表達式和偽指令122

3.3.1彙編語言概況122

3.3.2標記124

3.3.3表達式125

3.3.4語句127

3.3.5偽指令127

第4章存儲器、存儲管理和高速緩存技術133

4.1存儲器和存儲器件133

4.1.1存儲器的分類133

4.1.2微型計算機內存的行列結構134

4.1.3選擇存儲器件的考慮因素134

4.1.4隨機存取存儲器RAM136

4.1.5只讀存儲器ROM137

4.2存儲器的連接140

4.2.1存儲器和CPU的連接考慮140

4.2.2片選信號的產生方法140

4.2.3SRAM和DRAM的連接舉例141

4.2.4存儲器的數據寬度擴充和字節數擴充144

4.3微型計算機系統中存儲器的體系結構144

4.3.1層次化的存儲器體系結構144

4.3.2微型計算機系統的內存組織148

4.4Pentium的虛擬存儲機制和片內兩級存儲管理150

4.4.1虛擬存儲技術和三類地址150

4.4.2分段管理152

4.4.3段選擇子、段描述符和段描述符表153

4.4.4邏輯地址轉換為線性地址157

4.4.5分頁管理158

4.4.6線性地址轉換為物理地址159

4.4.7轉換檢測緩衝器TLB162

4.5高檔微機系統中的高速緩存技術164

4.5.1Cache概述164

4.5.2Cache的組織方式165

4.5.3Cache的數據更新方法169

4.5.4Cache控制器82385170

4.5.5Pentium的兩級Cache組織174

4.5.6影響Cache性能的因素176

第5章微型計算機和外設的數據傳輸177

5.1為什麼要用接口177

5.2CPU和輸入/輸出設備之間的信號178

5.2.1數據信息178

5.2.2狀態信息178

5.2.3控制信息179

5.3接口部件的I/O端口179

5.4接口的功能以及在系統中的連接180

5.4.1接口的功能180

5.4.2接口與系統的連接181

5.5CPU和外設之間的數據傳送方式182

5.5.1程序方式182

5.5.2中斷方式188

5.5.3DMA方式191

5.5.4輸入/輸出過程中涉及的幾個問題196

5.5.5接口部件和多字節數據總線的連接197

5.5.6接口部件和地址總線的錯位連接197

第6章串並行通信和接口技術199

6.1串行接口和串行通信199

6.1.1串行通信涉及的幾個問題199

6.1.2串行接口201

6.2可編程串行通信接口8251A202

6.2.18251A的基本性能202

6.2.28251A的基本工作原理203

6.2.38251A的對外信號206

6.2.48251A的編程210

6.2.58251A編程舉例213

6.2.68251A的使用實例216

6.3並行通信和並行接口217

6.4可編程並行通信接口8255A218

6.4.18255A的內部結構219

6.4.28255A的芯片引腳信號220

6.4.38255A的控制字220

6.4.48255A的工作方式224

6.4.58255A的應用舉例233

第7章中斷控制器236

7.18259A的引腳信號、編程結構和工作原理236

7.1.18259A的外部信號和含義236

7.1.28259A的編程結構和工作原理237

7.28259A的工作方式238

7.38259A的初始化命令字和初始化流程243

7.3.18259A的初始化命令字243

7.3.28259A的初始化流程245

7.48259A的操作命令字247

7.58259A使用舉例250

7.6多片8259A組成的主從式中斷系統255

第8章DMA控制器258

8.1DMA控制器概要258

8.2DMA控制器8237A的編程結構和外部信號258

8.2.18237A的編程結構259

8.2.28237A的對外連接信號260

8.2.38237A工作時各信號的配合261

8.38237A的工作模式和模式寄存器262

8.3.18237A的工作模式262

8.3.28237A的模式寄存器262

8.48237A的工作時序263

8.58237A的控制寄存器和狀態寄存器264

8.68237A各寄存器對應的端口地址268

8.78237A的編程和使用269

第9章計數器/定時器和多功能接口芯片272

9.1可編程計數器/定時器的工作原理272

9.28253/8254的編程結構和外部信號274

9.2.18253/8254的編程結構274

9.2.28253/8254的外部信號275

9.38253/8254的控制字和狀態字275

9.3.18253/8254控制寄存器和控制字275

9.3.28254的狀態寄存器和狀態字277

9.48253/8254的編程命令277

9.58253/8254的工作模式278

9.68253/8254應用舉例282

9.732位微型計算機系統中的多功能接口芯片82380284

9.7.1多功能接口芯片82380的組成和信號284

9.7.282380和CPU的連接288

第10章模/數和數/模轉換290

10.1概述290

10.2數/模(D/A)轉換器290

10.2.1D/A轉換的原理290

10.2.2D/A轉換器的指標293

10.2.3D/A轉換器DAC0832的工作方式和應用294

10.3模/數(A/D)轉換器297

10.3.1A/D轉換涉及的參數297

10.3.2A/D轉換的方法和原理298

10.3.3A/D轉換器和系統連接時要考慮的問題303

10.3.4A/D轉換器ADC0809以及用中斷方式讀取轉換結果304

10.3.5A/D轉換器AD570以及用查詢或等待方式讀取轉換結果306

10.3.612位A/D轉換器ADC1210和系統的連接308

第11章鍵盤和鼠標309

11.1鍵盤的基本原理結構309

11.2鍵的識別——行掃描法310

11.3鍵的識別——行反轉法312

11.4抖動和重鍵問題的解決315

11.5微型機的鍵盤子系統321

11.5.1擴展鍵盤和鍵盤控制器322

11.5.2主機的鍵盤接口電路324

11.6鍵盤中斷處理程序326

11.6.109H鍵盤中斷處理程序326

11.6.216H鍵盤中斷處理程序327

11.7鍵盤緩衝區328

11.8鼠標329

11.8.1鼠標的工作原理、連接方式和數據格式329

11.8.2鼠標的驅動程序及其功能調用331

第12章顯示器的工作原理和接口技術333

12.1CRT顯示器和光柵掃描333

12.2液晶顯示器LCD的工作原理335

12.2.1液晶顯示器的特點和性能指標335

12.2.2液晶顯示器的工作原理336

12.3顯示適配器338

12.3.1顯示適配器的性能338

12.3.2顯示適配器的種類339

12.3.3彩色顯示適配器的功能模塊340

12.4顯示系統的字符模式和圖形模式342

12.5顯示存儲器的組織方式343

12.6顯示驅動程序345

12.7高速圖形適配器連接端口AGP346

第13章打印機的工作原理和接口技術347

13.1概述347

13.2打印機的指標和性能347

13.3針式打印機的工作原理348

13.4噴墨打印機的工作原理349

13.5激光打印機的工作原理350

13.6關於打印機適配器353

13.7打印機和主機的連接354

13.7.1打印機採用並行方式連接主機354

13.7.2打印機採用串行方式連接主機357

第14章軟盤、硬盤和光盤子系統358

14.1軟盤子系統358

14.2硬盤子系統359

14.2.1硬盤驅動器360

14.2.2硬盤控制器362

14.2.3硬盤驅動程序363

14.2.4硬盤安全性和數據保護技術364

14.3光盤子系統365

14.3.1光盤的特點和類型365

14.3.2光盤讀/寫原理366

第15章總線368

15.1總線的分類和性能指標368

15.2PCI的特點和系統結構369

15.2.1PCI的概況和特點369

15.2.2PCI的層次化系統結構371

15.3PCI的信號372

15.4PCI的命令類型376

15.5PCI的中斷和中斷響應377

15.6PCI的編址379

15.7PCI的數據傳輸380

15.7.1PCI數據傳輸的相關要點380

15.7.2PCI的單數據讀/寫操作381

15.7.3PCI的突發傳輸383

15.8PCI的64位擴展傳輸384

15.8.164位傳輸的相關信號和規則385

15.8.264位數據32位地址的傳輸——數據擴展385

15.8.332位數據64位尋址的雙地址期傳輸——地址擴展386

15.8.4主設備啓動64位數據64位尋址的擴展傳輸387

15.9PCI的配置機制388

15.9.1配置空間的功能和結構388

15.9.2基本配置空間的結構388

15.9.3配置空間基址寄存器的特點和操作391

15.9.4配置空間的訪問393

15.10PCI的仲裁394

15.11PCI兼容的局部總線397

15.11.1局部總線ISA397

15.11.2局部總線EISA398

15.12外部總線399

15.12.1外部總線IDE和EIDE400

15.12.2外部總線SCSI401

15.12.3外部總線RS-232-C403

15.12.4通用串行總線USB405

第16章Pentium微型計算機系統的結構409

16.1Pentium微型計算機系統的總體結構409

16.2Pentium微型計算機系統中的BIOS411

16.3Pentium微型計算機系統的控制芯片組412

16.3.1北橋-南橋式控制芯片組及相關的微型計算機系統413

16.3.2MCH-ICH集中式控制芯片組及相關的微型計算機系統415

16.4Pentium的系統配置和主機板417

16.4.1Pentium的系統配置417

16.4.2Pentium主機板的結構418

16.4.3Pentium主機板的部件420

參考文獻422 ^[1] 

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