本书是根据教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会编制的《高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求》中有关理工类专业“微机原理与接口技术”课程教学要求组织编写的。全书共分为7章：微型计算机基础及工作原理、微处理器、指令系统和汇编语言程序设计、存储系统、输入/输出技术、微机接口及应用、微机总线及I/O接口标准。

本书内容全面系统、概念清楚、例题丰富、通俗易懂、实用性强。本书适合作为高等学校理工类各专业微机原理与接口技术的教学用书，也可作为微机应用系统设计和开发人员的参考书或培训教材。

前言

“微机原理与接口技术”是大学计算机基础教学中的核心课程，主要介绍微型计算机硬件系统组成、工作原理及接口电路设计方法等方面的知识，培养学生微机应用系统的初步开发能力，为今后从事计算机控制和计算机信息处理等相关领域的研究打下基础。本教材是根据教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会编制的《高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求》中有关理工类专业“微机原理与接口技术”课程的教学要求编写的。依据要求中的知识单元顺序，以16位微型计算机为基础，同时追踪32位与64位主流系列高性能微机的技术发展方向，并以常用的PC系列微型计算机为主线，详细介绍微型计算机技术的基础内容，适当分析、介绍微型计算机技术的新发展。内容覆盖了要求中的各个知识点，实例丰富、应用性强。

全书共分为7章，主要内容如下：

第1章主要介绍了微型计算机系统的基础知识，包括计算机中数据的表示、组成微型计算机的基本逻辑电路、指令与程序的执行过程及微型计算机的基本工作原理；同时简要说明了微型计算机的发展过程及性能指标，让学习者先建立一个完整的微型计算机系统的概念。

第2章详细介绍了8086/8088微处理器的内部结构、引脚定义、工作模式以及总线时序，并从实际应用出发，讲述了Pentium微处理器的特点、程序设计模型和工作模式；简要说明了嵌入式系统和嵌入式微处理器的概念及应用。

第3章讲述了80x86的寻址方式、8086/8088的指令系统以及汇编语言程序设计的过程和方法，包括DOS下的汇编语言程序框架、开发方法、伪指令、模块化程序设计方法和设计实例；同时简要介绍了汇编语言和C/C++语言混合编程的基础知识。

第4章简要介绍了微型计算机的存储系统，包括存储器的概念、分类、存储器体系结构等；重点讲述了主存储器的组织、与CPU的接口技术，同时介绍了微型计算机系统的高速缓冲存储器和辅助存储器。

第5章介绍了微型计算机输入/输出系统的组成、特点、接口功能、设计方法，以及微处理器与外设间数据传送的控制方式；详细阐述了微型计算机的中断系统、实模式下的中断处理过程、中断程序设计方法，以及中断控制器8259A的功能、结构和编程应用等方面的知识。

第6章讲述了微型计算机系统的简单接口芯片、可编程接口芯片以及常用的人机交互设备及接口方法，包括并行接口芯片8255A、串行接口芯片16550、定时/计数芯片8253/8254以及模拟接口芯片，详细介绍了这些芯片的内部结构、与微处理器的接口以及应用编程。

第7章介绍了微型计算机中使用的系统总线标准以及常用的I/O接口标准，包括ISA、PCI和最新的PCI-E总线标准。接口标准则重点讲述了现代微型计算机必备的USB接口标准以及高性能串行总线标准IEEE 1394。

本书由唐翔主编，刘红玲、徐亚峰为副主编。第4、5、6章由唐翔编写，第3、7章由刘红玲编写，第1、2章由徐亚峰编写，全书由唐翔统稿、定稿。在本书的编写过程中，中国铁道出版社的编辑给予了很大的支持，在此表示由衷的感谢！

由于作者水平有限及时间仓促，书中的疏漏和不当之处在所难免，敬请广大读者和同仁批评指正。
编  者

2010年12月

目录

第1章  微型计算机基础及工作原理 1

1.1  计算机中数据的表示 2

1.1.1  数值型数据的表示 2

1.1.2  定点数和浮点数 5

1.1.3  非数值数据的表示 7

1.2  二进制数的运算 10

1.2.1  二进制数的算术运算 10

1.2.2  二进制数的逻辑运算 12

1.3  微型计算机的基本组成电路 13

1.3.1  基本逻辑门 13

1.3.2  触发器 14

1.3.3  寄存器 16

1.3.4  译码器 17

1.3.5  三态输出电路 18

1.3.6  加法电路与算术逻辑运算单元 18

1.3.7  存储器 19

1.4  微型计算机的工作原理 20

1.4.1  计算机的发展 20

1.4.2  计算机的分类 21

1.4.3  冯•诺依曼计算机体系结构 23

1.4.4  计算机系统的构成 23

1.4.5  微型计算机的硬件基本结构 24

1.4.6  微型计算机系统的性能指标 25

思考与练习 26

第2章  微处理器 27

2.1  微处理器概述 28

2.1.1  微处理器的基本概念 28

2.1.2  微处理器的基本结构与功能 28

2.1.3  微处理器的发展过程 29

2.2  8086/8088 CPU结构 30

2.2.1  执行部件（EU） 31

2.2.2  总线接口部件（BIU） 32

2.2.3  内部寄存器及其功能 33

2.2.4  存储器组织 35

2.3  8086/8088 CPU的外部结构和工作模式 36

2.3.1  8086/8088 CPU的主要引脚及其功能 36

2.3.2  8086/8088 CPU在最小模式和最大模式下的典型配置 39

2.4  8086/8088微处理器的基本时序 41

2.4.1  指令周期、总线周期及时钟周期 41

2.4.2  最小模式下的典型时序 41

2.4.3  最大模式下的典型时序 43

2.5  Pentium系列微处理技术概述 44

2.5.1  Pentium微处理器的内部结构 44

2.5.2  Pentium微处理器的特点 45

2.5.3  Pentium微处理器的程序设计模型 46

2.5.4  Pentium微处理器的工作模式 49

2.6  嵌入式系统和嵌入式处理器概述 51

思考与练习 53

第3章  指令系统和汇编语言程序设计 54

3.1  指令与指令系统的基本概念 55

3.1.1  指令和指令系统 55

3.1.2  指令的基本格式 55

3.2  寻址方式 56

3.2.1  指令的寻址方式 56

3.2.2  操作数的寻址方式 56

3.3  8086/8088的指令系统 58

3.3.1  数据传送类指令 58

3.3.2  算术运算类指令 61

3.3.3  逻辑运算和移位循环类指令 64

3.3.4  串操作类指令 66

3.3.5  程序控制类指令 68

3.3.6  处理器控制类指令 72

3.4  汇编语言程序的开发过程 73

3.4.1  汇编语言源程序和汇编程序 73

3.4.2  汇编语言源程序的结构 74

3.5  汇编语言基本语法 75

3.5.1  汇编语言语句的种类及其格式 75

3.5.2  汇编语言的数据 76

3.5.3  汇编语言的伪指令语句 82

3.5.4  DOS和BIOS中断调用 85

3.6  汇编语言程序设计基本方法 87

3.6.1  顺序程序设计 87

3.6.2  分支程序设计 89

3.6.3  循环程序设计 92

3.6.4  子程序设计 96

3.7  汇编语言和C/C++语言混合编程 102

3.7.1  混合编程的基本规则 102

3.7.2  C/C++语言中内嵌的汇编指令 102

3.7.3  独立的汇编目标码 104

思考与练习 106

第4章  存储系统 111

4.1  存储器概述 112

4.1.1  存储器的分类 112

4.1.2  存储系统体系结构 114

4.1.3  存储器的主要性能指标 116

4.2  半导体存储器 116

4.2.1  半导体存储器的特点 117

4.2.2  半导体存储器的基本结构 117

4.2.3  典型芯片 118

4.3  微机系统中的主存储器组成 121

4.3.1  存储器的扩展技术 121

4.3.2  译码电路的设计 123

4.3.3  存储器芯片与CPU的连接 126

4.3.4  微机的主存储器组成 131

4.3.5  DRAM内存条简介 133

4.4  高速缓冲存储器 136

4.4.1  “cache-主存”存储体系 136

4.4.2  主存与cache的地址映射方式 138

4.4.3  cache的替换策略 140

4.4.4  cache的更新策略 140

4.5  辅助存储器 141

4.5.1  硬盘存储器 141

4.5.2  光盘存储器 144

4.5.3  新型辅助存储器 147

思考与练习 150

第5章  输入/输出技术 151

5.1  输入/输出概述 152

5.1.1  I/O系统的组成和特点 152

5.1.2  I/O端口的编址方式 154

5.1.3  I/O地址译码 155

5.1.4  接口的分类及特点 157

5.1.5  接口设计方法 158

5.2  基本输入/输出方法 160

5.2.1  程序控制方式 160

5.2.2  中断控制方式 161

5.2.3  DMA方式 161

5.3  中断技术 162

5.3.1  中断及中断响应的一般过程 162

5.3.2  中断控制器8259A 164

5.3.3  微机的中断系统 176

5.3.4  中断控制程序设计 179

思考与练习 181

第6章  微机接口及应用 183

6.1  数字接口电路 184

6.1.1  简单接口芯片的应用 184

6.1.2  可编程并行I/O接口芯片 184

6.1.3  可编程串行I/O接口芯片 194

6.1.4  可编程定时器/计数器芯片 207

6.2  模拟接口电路 220

6.2.1  D/A转换器及其应用 220

6.2.2  A/D转换器及其应用 228

6.2.3  工业闭环控制系统结构框架 232

6.3  人机交互设备及接口 233

6.3.1  键盘及其接口 233

6.3.2  鼠标及其接口 237

6.3.3  显示器及其接口 239

6.3.4  打印机及其接口 244

思考与练习 248

第7章  微机总线及I/O接口标准 250

7.1  总线概述 251

7.1.1  总线的基本概念 251

7.1.2  总线的分类 252

7.1.3  总线的基本结构 252

7.1.4  总线的主要技术指标 256

7.2  系统总线标准 257

7.2.1  ISA总线 257

7.2.2  EISA总线 259

7.2.3  PCI局部总线 260

7.2.4  PCI-E局部总线 261

7.3  外设总线 262

7.3.1  外设总线（I/O接口）概述 262

7.3.2  常用外设总线（I/O接口）标准 263

思考与练习 271

附录A  DEBUG主要命令 272

参考文献 276

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