微型机原理与技术（第2版）

《微型机原理与技术（第2版）》特色：

面向高等学校 《微型机原理与技术（第2版）》是专为普通高校计算机系本科生《微型机原理》或《微型机技术》配置的教材。是在《微型机原理与技术（第2版）》（第1版）和《微型计算机技术及应用》（第4版）基础上修改而成的，不依托于其他课程，面向初学者。

注重先进性，注重认知规律 在选材、内容组织和讲述中精心考虑，以Pentium为核心，阐述最先进的微型机技术，深入浅出。特别可贵的是，基于作者长年的教学和科研工作，以及与Intel公司多年直接联系，《微型机原理与技术（第2版）》在国内外首次准确地剖析和阐明了多个精巧技术的由来、设计方法和优化思路。

实用性强，例题丰富，注意总结 融入了许多科研成果和实例，有助于读者对技术关键和难点的准确理解和灵活应用。对重点内容和关键技术，既有深入细致的分析，又有简单明了的概括和总结。

有配套辅助教材 《微型机原理与技术（第2版）》有配套的《微型机原理与技术（第2版）——习题、实验题和综合训练题集》，其中，习题针对《微型机原理与技术（第2版）》相应章节的关键技术；实验题则针对最重要和实用的内容；综合训练题使教学更切合日新月异的技术发展情况；最后附有2份模拟试卷及答案。

有配套的演示文稿 为协助教学，设计了一套演示文稿，含48学时和64学时两种教案，并列出了教学重点。此外，作者基于长期从教经历，阐述了关于本课程的教学体会和建议。

不需要购买实验系统 在听取许多同行意见基础上，配套教材中提供了一套全新的综合训练题，代替了以往利用落后于当前技术的实验系统做硬件实验的方法，而更有利于提高学生分析问题和解决问题的综合能力。

第1章计算机系统概述1

1.1系统组成与结构1

1.1.1硬件系统1

1.1.2软件系统3

1.1.3层次结构4

1.2系统配置与主要指标4

1.3基本原理和工作过程5

1.3.1冯·诺依曼型计算机5

1.3.2数制及其转换6

1.3.3算术与逻辑运算9

1.3.4指令执行过程14

1.3.5系统运行过程16

第2章指令系统19

2.1计算机的编程结构19

2.1.1寄存器20

2.1.2存储器22

2.1.3输入/输出端口25

2.2操作数的寻址方式26

2.2.1立即寻址和寄存器寻址26

2.2.2输入/输出端口寻址27

2.2.3存储器寻址28

2.2.4关于地址的寻址32

2.3Pentium的指令系统32

2.3.1传送指令32

2.3.2算术运算指令40

2.3.3逻辑运算和位操作指令46

2.3.4串操作指令及其重复前缀50

2.3.5控制类指令52

第3章汇编语言程序设计54

3.1汇编语言54

3.1.1汇编语言概述54

3.1.2语句的类型和格式55

3.1.3运算符57

3.2伪指令62

3.2.1段定义和段约定伪指令62

3.2.2数据定义伪指令66

3.2.3其他伪指令67

3.3程序设计71

3.3.1顺序程序设计71

3.3.2转移和循环指令72

3.3.3分支程序设计77

3.3.4循环程序设计80

3.3.5调用和中断类指令及其应用83

3.3.6子程序设计88

3.4典型汇编语言程序设计96

3.4.1数码转换96

3.4.2排序104

3.4.3对半检索108

第4章32位微处理器Pentium110

4.1从逻辑结构的演变看微处理器的发展110

4.1.18086的逻辑结构110

4.1.280386的逻辑结构112

4.1.3Pentium的逻辑结构114

4.2Pentium采用的先进技术115

4.3Pentium的寄存器119

4.4Pentium的主要信号及其含义122

4.5Pentium的总线状态和总线周期125

4.5.1Pentium的总线状态125

4.5.2Pentium的总线周期127

4.6Pentium的工作方式129

4.7Pentium的中断技术130

4.7.1实地址方式的中断机制和中断技术131

4.7.2虚地址方式的中断机制135

4.8Pentium的保护技术138

4.9Pentium系列微处理器的技术发展141

第5章存储器、存储管理和高速缓存技术142

5.1存储器件和存储器142

5.1.1存储器的分类和性能指标142

5.1.2随机存取存储器和只读存储器143

5.1.3存储器的行列结构、应用举例以及容量扩充145

5.2存储器的体系结构149

5.2.1层次化的存储器体系结构149

5.2.232位计算机系统的内存结构151

5.3虚拟存储机制和段页两级存储管理152

5.3.1虚拟存储机制152

5.3.2分段管理154

5.3.3段选择子、段描述符和段描述符表155

5.3.4逻辑地址到线性地址的转换157

5.3.5分页管理和线性地址转换为物理地址158

5.4高速缓存技术160

5.4.1高速缓存的组织方式161

5.4.2高速缓存控制器82385162

第6章计算机和外设的数据传输166

6.1为什么要用接口电路166

6.2CPU和输入/输出设备之间的信号167

6.3接口部件的I/O端口168

6.4接口的功能以及在系统中的连接169

6.5CPU和外设之间的数据传输方式170

6.5.1程序方式170

6.5.2中断方式174

6.5.3DMA方式176

第7章串/并行通信及其接口技术182

7.1串行通信和串行接口182

7.1.1串行通信涉及的几个问题182

7.1.2串行接口184

7.2可编程串行通信接口8251A185

7.2.18251A的基本工作原理185

7.2.28251A的外部信号187

7.2.38位接口芯片与CPU总线的连接189

7.2.48251A的寄存器格式及初始化流程191

7.2.58251A编程举例193

7.3并行通信和并行接口196

7.4可编程并行通信接口8255A197

7.4.18255A的内部结构和外部信号197

7.4.28255A的控制字198

7.4.38255A的工作方式200

7.4.48255A应用举例204

第8章中断控制器的编程结构、工作方式及编程207

8.18259A的外部信号、编程结构和工作原理207

8.28259A的工作方式209

8.38259A的初始化命令字和初始化流程211

8.3.18259A的初始化命令字211

8.3.28259A的初始化流程213

8.48259A的操作命令字215

8.58259A应用举例218

8.6多片8259A组成的主从式中断系统222

第9章DMA控制器的编程结构及编程224

9.1DMA控制器概要224

9.2DMA控制器8237A的原理224

9.38237A的工作方式和寄存器227

9.3.18237A的工作方式和方式寄存器227

9.3.28237A的控制寄存器和有关问题229

9.3.38237A的状态寄存器的格式230

9.3.48237A的请求标志、屏蔽标志和复位命令230

9.48237A各寄存器对应的端口地址231

9.58237A的编程和应用232

第10章计数器/定时器和多功能接口芯片235

10.1可编程计数器/定时器的工作原理235

10.2可编程计数器/定时器8253/8254的编程结构和外部信号237

10.38253/8254的控制字、状态字及编程命令237

10.48253/8254的工作模式239

10.58253/8254应用举例243

10.632位机中的多功能接口芯片82380245

10.6.1多功能接口芯片82380的组成和信号245

10.6.282380和CPU的连接248

第11章模/数、数/模转换及综合应用250

11.1数/模转换器250

11.1.1数/模转换的原理250

11.1.2数/模转换器DAC0832的工作原理和应用举例252

11.2模/数转换器256

11.2.1模/数转换的方法和原理256

11.2.2模/数转换器和系统连接时要考虑的问题258

11.2.3常用模/数转换器的工作原理和应用举例260

11.3综合应用举例264

11.3.1数字显示系统264

11.3.2马达开环/闭环控制系统266

11.3.3前后台方式的数据处理系统272

第12章输入设备的工作原理与接口技术278

12.1键盘的基本工作原理278

12.2键的识别278

12.2.1行扫描法的原理与编程278

12.2.2行反转法的原理与编程281

12.3计算机的键盘子系统284

12.3.1扩展键盘和键盘控制器284

12.3.2主机的键盘接口285

12.4键盘中断处理程序287

12.4.109H键盘中断处理程序287

12.4.216H键盘中断处理程序288

12.5鼠标288

12.5.1鼠标的工作原理、连接方式和数据格式289

12.5.2鼠标的驱动程序及其功能调用290

第13章输出设备的工作原理与接口技术292

13.1显示器的分类和工作原理292

13.1.1CRT显示器的基本原理292

13.1.2液晶显示器LCD的工作原理293

13.2显示适配器296

13.2.1显示适配器的性能和种类297

13.2.2彩色显示适配器的功能模块298

13.3与显示有关的功能调用299

13.4高速图形接口AGP299

13.5打印机的工作原理300

13.5.1打印机的性能指标300

13.5.2针式打印机的工作原理301

13.5.3喷墨打印机的工作原理302

13.5.4激光打印机的工作原理303

13.6打印机的接口技术306

13.6.1打印机适配器306

13.6.2打印机采用并行方式连接主机306

13.6.3打印机采用串行方式连接主机310

第14章外存储器的原理与技术311

14.1软盘子系统311

14.2硬盘子系统312

14.2.1硬盘驱动器313

14.2.2硬盘控制器313

14.2.3与硬盘有关的功能调用314

14.3光盘子系统315

14.3.1光盘的特点和类型315

14.3.2光盘读/写原理316

第15章总线技术318

15.1总线的分类和性能指标318

15.2PCI的特点和层次化结构319

15.3PCI的信号322

15.4PCI的命令类型325

15.5PCI的数据传输326

15.5.1PCI数据传输的相关要点326

15.5.2PCI的单数据读/写操作327

15.5.3PCI的突发传输329

15.5.4PCI的64位扩展传输330

15.6PCI的配置机制331

15.6.1PCI的三个地址空间331

15.6.2配置空间的功能和结构331

15.6.3基本配置空间的结构332

15.7PCI的仲裁334

15.8PCI兼容的局部总线334

15.8.1局部总线ISA335

15.8.2局部总线EISA336

15.9外部总线337

15.9.1外部总线IDE和EIDE337

15.9.2外部总线SCSI338

15.9.3外部总线RS-232-C340

15.9.4通用串行总线USB341

第16章Pentium计算机系统的结构344

16.1Pentium计算机系统的总体结构344

16.2Pentium计算机系统中的BIOS346

16.3Pentium计算机系统的控制芯片组347

16.3.1北桥-南桥式控制芯片组及相关的计算机系统348

16.3.2MCH-ICH集中式控制芯片组及相关的计算机系统350

16.4Pentium计算机的系统配置和主机板352

16.4.1Pentium计算机的系统配置352

16.4.2Pentium计算机主机板的结构352

16.4.3Pentium计算机主机板的部件354

参考文献356

本书是专为普通高校计算机专业本科生“微型机技术”和“计算机原理”等课程配置的教材。是在本书第1版和《微型计算机技术及应用》第4版基础上，针对普通高校的特点而编写的。本书不依托于其他课程，以Pentium为核心，由浅入深地从硬件、软件和系统三方面讲述当前最先进的微型机原理与技术。

书中在对计算机系统进行概述之后，讲述Pentium指令系统和汇编语言程序设计方法；接着分析32位微处理器Pentium的关键技术；然后阐述了存储器管理技术和高速缓存技术；接着讲解了主机和外设之间的各种数据传输方式；随后，讲述微型机的接口技术，逐一讲解了各关键接口部件包括多功能部件的原理和应用，并通过综合应用举例，将多个接口技术汇合在一起，加深理解和掌握；此后，结合键盘和鼠标、CRT和液晶显示器、打印机、磁盘和光盘，讲述了主要外设的原理与技术；然后以PCI总线为重点讲解总线技术；最后讲述Pentium主机系统的结构，以建立对微型机系统的整体观念。

本书对重点技术都结合实例予以说明，并进行归纳和总结，以利于读者深入理解、牢固掌握和灵活应用，对关键技术尽量阐述其设计思想和创新点，以启发和培养学生的创新能力。

作者基于深厚的教学和科研功底，以一贯精益求精的科学作风，对各章内容的选择、组织和表述进行了精心考虑，特别注重符合初学者的认知规律，对所有技术都讲得条理清晰、深入浅出、通俗易懂。

本书可作为普通高等院校计算机系本科生和电子类本科生的教材；由于注意了尽量减少对其他专业课的依托性，所以，也可作为非计算机专业教材；对于从事微型机技术研究和应用的科研人员，本书也是一本内容翔实、可读性非常好的参考书。

戴梅萼，1946年出生，上海市人，1964年由上海中学入清华大学自动控制系，1970年毕业，1981年获清华大学工学硕士学位，现任清华大学计算机系教授。自研究生毕业后，长年从事微型计算机技术的教学和科研。曾作为主要完成人或项目负责人，由于出色完成“六五”、“七五”、“八五”、“九五”国家重点科研攻关项目而获得电子部科技进步一等奖、国家级科技进步三等奖、电子部科技进步二等奖、教育部科技进步二等奖等多次重要奖励。作为第一作者或唯一作者编著了《微型计算机技术及应用》、《JAVA问答式教程》和《计算机应用基础》等多种教材，其中，配套专业教材《微型计算机技术及应用》、《微型计算机技术及应用一习题与实验题集》、《微型机软件硬件开发指南》第1版于1996年获第三届全国工科电子类优秀教材一等奖，并被台湾儒林图书公司印刷台湾版发行于中国港澳台地区和新加坡，第2版于2001年获北京市教育教学成果一等奖，并获国家级教学成果二等奖；第3版于2004年获全国优秀畅销书金奖，2005年评为北京市高等教育精品教材，2008年获清华大学优秀教材特等奖。以第一作者在国内外会议和期刊发表科研论文50余篇。

《微型机原理与技术:习题、实验和综合训练题集(第2版)》中习题部分与主教材《微型机原理与技术》(第2版)每一章密切配合。所有实验都可利用普通计算机完成，不必购买实验扩展板。每个实验都给出了参考流程和参考程序，给读者提供示范，读者可由此得到启发．并且触类旁通，自己做出更精良的设计。提供了一 套综合训练题集，有利于培养和提高学生的综合分析能力和创新能力。提供两套模拟试卷，且给出答案。附录中给出了Pentium指令详解．每条指令指出使用 注意点，并给出使用举例。

《微型机原理与技术:习题、实验和综合训练题集(第2版)》是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，是和《微型机原理与技术》（第2版）完全配套的习题、实验和综合训练题。《微型机原理与技术:习题、实验和综合训练题集(第2版)》每部分的习题针对主教材相应章节的关键技术和内容，以Pentium为核心，涉及CPU技术、指令系统、存储器和高速缓存技术、微型机和外设的数据传输技术、串/并行通信技术、中断技术、DMA技术、计数器/定时器技术、模/数和数/模转换技术、键盘技术、显示技术、打印机技术、磁盘和光盘技术、总线技术，以及主机工作原理，习题中包括了一部分例题性习题；所有实验都只需普通微型机即可完成，而不需任何附加的实验设备，每个实验均提供参考流程和参考程序。期望读者参考之后作出更精良的设计；综合训练题对应了教材中最重要、最关键的技术，这是在笔者与国内许多同行反复交流的基础上推出的一种全新的培养综合分析能力和创新能力的有效手段。《微型机原理与技术:习题、实验和综合训练题集(第2版)》提供了两套模拟试卷和答案。此外，应许多学生的要求，按Pentium指令系统编排指令详解，结合作者的编程体会，说明了汇编语言指令的使用方法和使用注意点。

《微型机原理与技术:习题、实验和综合训练题集(第2版)》中习题部分与主教材《微型机原理与技术》(第2版)每一章密切配合。所有实验都可利用普通计算机完成，不必购买实验扩展板。每个实验都给出了参考流程和参考程序，给读者提供示范，读者可由此得到启发．并且触类旁通，自己做出更精良的设计。提供了一 套综合训练题集，有利于培养和提高学生的综合分析能力和创新能力。提供两套模拟试卷，且给出答案。附录中给出了Pentium指令详解．每条指令指出使用 注意点，并给出使用举例。