本書是為計算機專業的學生以及從事計算機科學與技術工作的工程技術人員所編寫的，同時也適合于非計算機專業的學生使用。本書從計算機基本原理講起，由淺入深，循序漸進，力圖貫徹簡單易學的原則。

在本書中，我們將計算機的組成和匯編程序設計作為基礎知識進行講解，在此基礎上介紹了各種接口技術及其應用。通過對本書的學習，力求讓讀者對計算機的基本組成結構和相應的匯編程序設計及常見接口技術有一個基本的認識，并在此基礎上達到設計硬件和軟件的目的。

初學者面對眾多的計算機書籍，怎樣選擇一本適合自己在短時間內學習的課本呢？編者衷心地告訴讀者朋友，請您選擇本書吧！這是因為，在當今多如牛毛的計算機書籍中，很多書籍缺乏實用性、針對性和通俗易懂性。本書由資深計算機一線教師編著，結合多年的計算機教學經驗，源于計算機教學特點和工作實際，在寫作過程中，以初學者的身份和心理量身編寫和安排了本書內容，同時列舉了大量的具體實例。

本書完全按照模塊化方式，全面而又精煉地講解了計算機基礎、操作系統、辦公自動化及計算機網絡等內容。本書重點突出、主次分明、結構層次清晰、邏輯思維較強、語言通俗易懂。書中每一章都有內容提要、本章導讀、課后練習，能使學習者很快掌握所有知識并能運用到實際工作和生活中去。

本書的第1章到第10章講解了計算機的基本組成原理和接口技術，著重闡述了構成一臺計算機的基本原理、計算機結構及接口技術等，并力求與人們熟知的計算機結合。這部分的內容主要包括了微機概述、數制和碼制，指令系統和匯編語言程序設計，存儲器系統，中斷系統，DMA控制器和定時/計數器，并行/串行接口技術，D/A（A/D）轉換及接口及總線技術等。讀者可以根據自己的情況有選擇地對其中某些內容進行學習，比如第2、3章的內容對于已經學習過匯編語言程序設計的人就可以跳過，學習過數字電子技術的人也可以跳過書中的一些內容，有選擇性地進行學習。

第11章簡單介紹了高性能計算機新技術，主要討論了4部分內容：流水線技術、RISC、SIMD以及MMX、SSE（SSE2）。由于篇幅及內容限制，本書只是對它們的基本原理進行了介紹，目的是給讀者指出計算機新技術，對于讀者了解和掌握最新的計算機技術提供了一些參考。

全書從基本的計算機組成原理出發，由淺入深地介紹了計算機基礎硬件知識和匯編程序設計的相關知識，緊緊圍繞應用程序實例，向讀者展示了如何利用現有的計算機技術合理設計出相應的硬件平臺并進行軟件編程。

另外，本書圖文并茂、實例眾多，且所舉出的實例針對性強，分析透徹，突出了本書以實例為中心的特點。相信通過閱讀本書，會加深讀者對計算機組成原理和接口技術的理解，提高硬件設計能力和匯編語言程序開發能力。

本書語言通俗易懂，內容豐富翔實，突出了以實例為中心的特點，既適合作為理工科學生學習計算機硬件基礎知識的教學用書，同時也可以作為從事計算機科學與技術工作的工程技術人員的參考書。

本書由黃同愿、甘利杰和劉濤等編著，冼進主審。參與本書編寫工作的還有：鄒素瓊、彭芳、冼進、趙秋云、趙繼軍、彭藝、曲輝輝、周章、蔣波、徐留旺、曹振宇、張婷、溫凌霜、魯得翠、蔣澤平、魏樂、韓翔、程小英、譚小麗、盧麗娟、李小瓊、周宏、羅吉、許翔燕、陳春、張忠、方小馬、黃姹英、周明、宋晶、鄧勇等，在此一并表示感謝！

由于作者水平所限，加之計算機技術發展迅速，本教材的覆蓋面廣，書中錯誤和不妥之處在所難免，懇請讀者批評指正。我們的聯絡方式：china_54@tom.com。

我們為本書專門制作了電子教案，以方便老師課堂教學.

編者

2006年8月

序
前言
第1章 微型計算機的概述 1
1.1 微機的發展概述 1
1.1.1 微機硬件核心的發展 2
1.1.2 微機軟件的發展 3
1.1.3 微機的特點 3
1.2 計算機中的數制和碼制 4
1.2.1 數制 4
1.2.2 數值轉換 5
1.2.3 碼制 6
1.3 微機系統的組成、結構與工作過程 8
1.3.1 微機系統的組成與結構 8
1.3.2 微機系統的工作過程 11
1.4 8086/8088微處理器 11
1.4.1 8086/8088微處理器 12
1.4.2 存儲器組織 15
1.4.3 8086/8088 CPU工作模式及外部結構 16
1.5 典型時序分析 23
1.5.1 相關的基本概念 23
1.5.2 典型的8088時序分析 24
1.6 習題與思考題 29
第2章 8086/8088的指令系統 30
2.1 8086/8088微處理器的數據類型 30
2.1.1 整數 30
2.1.2 浮點數 31
2.1.3 BCD碼 33
2.1.4 ASCII字符 33
2.1.5 地址指針 34
2.2 8086/8088指令格式 34
2.2.1 指令的編碼格式 35
2.2.2 指令的書寫格式 37
2.3 8086/8088尋址方式 38
2.3.1 非存儲器操作數尋址 39
2.3.2 存儲器操作數尋址 39
2.4 8086/8088指令系統 42
2.4.1 數據傳送指令 42
2.4.2 算術運算指令 46
2.4.3 邏輯運算和移位指令 50
2.4.4 串操作類指令 53
2.4.5 程序控制指令 56
2.4.6 標志處理和CPU控制類指令 59
2.5 習題與思考題 60
第3章 匯編語言程序設計 62
3.1 匯編語言的基本元素 62
3.1.1 匯編語言的語句格式 62
3.1.2 匯編語言的運算符 63
3.1.3 表達式 65
3.1.4 匯編語言程序匯編步驟 66
3.2 偽指令 66
3.2.1 定義數據偽指令 66
3.2.2 符號定義偽指令EQU、=及PURGE 67
3.2.3 段定義偽指令SEGMENT和ENDS 67
3.2.4 設定段寄存器偽指令ASSUME 67
3.2.5 定義過程的偽指令PROC和ENDP 68
3.2.6 宏指令 69
3.2.7 ORG偽指令 69
3.2.8 匯編結束偽指令END 70
3.3 匯編語言程序結構 70
3.3.1 EXE文件的編程格式 70
3.3.2 COM文件的編程格式 71
3.3.3 EXE文件和COM文件的內存映像 72
3.3.4 程序段前綴 72
3.3.5 返回DOS的其他方法 73
3.3.6 源程序堆棧的設置 75
3.4 DOS系統功能調用與BIOS功能調用 75
3.4.1 DOS系統功能調用 75
3.4.2 BIOS功能調用 79
3.4.3 文本方式BIOS屏顯功能調用 80
3.5 匯編程序設計 82
3.5.1 簡單程序設計 82
3.5.2 分支程序設計 84
3.5.3 循環程序設計 87
3.5.4 子程序設計 90
3.6 宏指令與條件匯編 94
3.6.1 宏指令 95
3.6.2 條件匯編 98
3.7 習題與思考題 99
第4章 存儲器系統 101
4.1 概述 101
4.1.1 存儲器分類 102
4.1.2 存儲器系統結構 102
4.2 讀、寫存儲器RAM 104
4.2.1 靜態RAM 104
4.2.2 動態RAM 105
4.3 只讀存儲器ROM 105
4.4 存儲器芯片與CPU的連接 106
4.5 高速緩沖存儲器Cache 110
4.5.1 Cache的層次結構 111
4.5.2 Cache的基本工作原理 112
4.5.3 Cache的基本操作 113
4.5.4 地址映射 113
4.5.5 替換策略 115
4.5.6 Pentium III中采用的Cache技術 116
4.6 虛擬存儲器 117
4.6.1 主存—輔存層次結構 117
4.6.2 虛擬存儲器的基本概念 118
4.6.3 頁式虛擬存儲器 119
4.6.4 段式虛擬存儲器 121
4.6.5 段頁式虛擬存儲器 122
4.7 高速緩沖存儲器的接口 123
4.7.1 高速緩沖存儲器的特點 123
4.7.2 高速緩沖存儲器的體系結構 124
4.8 習題與思考題 125
第5章 中斷系統 126
5.1 輸入/輸出數據傳輸的控制方式 127
5.1.1 輸入/輸出的一般概念 127
5.1.2 程序方式 128
5.1.3 中斷方式 131
5.1.4 DMA方式 134
5.2 Intel x86微處理器實模式下的中斷操作 135
5.2.1 中斷分類與中斷類型碼 135
5.2.2 中斷向量與中斷向量表 136
5.2.3 中斷響應過程與時序 137
5.3 中斷控制器8259A 140
5.3.1 8259A的結構及主要功能 140
5.3.2 8259A的編程 143
5.3.3 8259A的工作方式小結 147
5.3.4 8259A的級聯 150
5.3.5 8259A在系統中的應用舉例 152
5.4 習題與思考題 154
第6章 DMA控制器和定時/計數器 156
6.1 DMA控制器Intel 8237 156
6.1.1 DMA概述 156
6.1.2 8237編程結構與工作原理 159
6.1.3 DMAC 8237引腳功能 164
6.1.4 8237工作方式 165
6.1.5 8237的內部寄存器 166
6.1.6 8237A在PC/XT機中的應用 170
6.1.7 8237A在PC/AT機中的應用 172
6.1.8 8237A的編程舉例 173
6.2 定時/計數器芯片Intel 8253 178
6.2.1 定時與計數 178
6.2.2 8253結構和工作原理 179
6.2.3 8253工作方式 184
6.2.4 8254編程及應用 190
6.2.5 其他定時/計數芯片 192
6.3 習題與思考題 198
第7章 接口與并行通信 200
7.1 I/O接口概述 200
7.1.1 CPU與I/O接口 200
7.1.2 I/O接口與系統的連接 201
7.2 可編程并行接口芯片8255A 203
7.2.1 并行通信與接口 203
7.2.2 8255A編程結構 204
7.2.3 8255A編程及應用 214
7.3 習題與思考題 226
第8章 串行接口與通信 228
8.1 串行接口與通信概述 228
8.1.1 串行通信接口 229
8.1.2 串行通信規程 236
8.1.3 通信總線標準 240
8.2 可編程串行接口芯片8251A 248
8.2.1 8251A基本性能 248
8.2.2 8251A內部結構 249
8.2.3 8251A引腳功能 251
8.2.4 8251A編程 253
8.2.5 8251A應用舉例 258
8.3 習題與思考題 264
第9章 D/A、A/D轉換與接口技術 266
9.1 從物理信號到電信號的轉換 266
9.2 D/A轉換器的一般工作原理 266
9.3 數/模轉換器芯片（DAC）及其接口技術 272
9.3.1 D/A的性能參數和術語 272
9.3.2 D/A芯片及其與CPU接口 274
9.3.3 數/模轉換器芯片和微處理器的接口需要注意的問題 281
9.4 模/數轉換芯片（ADC）及其接口技術 281
9.4.1 采樣和量化 281
9.4.2 A/D的工作原理 282
9.4.3 A/D的性能參數和術語 284
9.4.4 A/D芯片及其與CPU接口 285
9.4.5 模/數轉換器芯片和微處理器的接口需要注意的問題 294
9.5 習題與思考題 297
第10章 總線技術 298
10.1 總線標準與總線體系結構 298
10.1.1 總線類型與結構 298
10.1.2 總線控制方法 299
10.2 PC總線 301
10.2.1 ISA工業標準總線 302
10.2.2 EISA擴展的工業標準結構總線 303
10.2.3 VESA總線 304
10.2.4 PCI總線 304
10.2.5 加速圖形端口 305
10.3 系統總線 305
10.4 通用串行接口標準 306
10.4.1 通用串行接口USB 306
10.4.2 1394接口 308
10.5 高速總線 310
10.5.1 PCI Express 310
10.5.2 HyperTransport 310
10.5.3 InfiniBand 313
10.6 習題與思考題 316
第11章 高性能計算機新技術簡介 317
11.1 流水線技術 317
11.1.1 標量流水工作原理 317
11.1.2 超流水線超標量方法 318
11.1.3 超長指令字（VLIW）技術 318
11.1.4 其他相關技術 319
11.2 RISC、SIMD簡介 320
11.2.1 RISC技術 320
11.2.2 SIMD技術 320
11.3 MMX、SSE、SSE2技術 320
11.3.1 MMX技術 320
11.3.2 SSE技術 323
11.3.3 SSE2技術 326
11.4 習題與思考題 326
參考文獻 327
序
前言
第1章 微型計算機的概述 1
1.1 微機的發展概述 1
1.1.1 微機硬件核心的發展 2
1.1.2 微機軟件的發展 3
1.1.3 微機的特點 3
1.2 計算機中的數制和碼制 4
1.2.1 數制 4
1.2.2 數值轉換 5
1.2.3 碼制 6
1.3 微機系統的組成、結構與工作過程 8
1.3.1 微機系統的組成與結構 8
1.3.2 微機系統的工作過程 11
1.4 8086/8088微處理器 11
1.4.1 8086/8088微處理器 12
1.4.2 存儲器組織 15
1.4.3 8086/8088 CPU工作模式及外部結構 16
1.5 典型時序分析 23
1.5.1 相關的基本概念 23
1.5.2 典型的8088時序分析 24
1.6 習題與思考題 29
第2章 8086/8088的指令系統 30
2.1 8086/8088微處理器的數據類型 30
2.1.1 整數 30
2.1.2 浮點數 31
2.1.3 BCD碼 33
2.1.4 ASCII字符 33
2.1.5 地址指針 34
2.2 8086/8088指令格式 34
2.2.1 指令的編碼格式 35
2.2.2 指令的書寫格式 37
2.3 8086/8088尋址方式 38
2.3.1 非存儲器操作數尋址 39
2.3.2 存儲器操作數尋址 39
2.4 8086/8088指令系統 42
2.4.1 數據傳送指令 42
2.4.2 算術運算指令 46
2.4.3 邏輯運算和移位指令 50
2.4.4 串操作類指令 53
2.4.5 程序控制指令 56
2.4.6 標志處理和CPU控制類指令 59
2.5 習題與思考題 60
第3章 匯編語言程序設計 62
3.1 匯編語言的基本元素 62
3.1.1 匯編語言的語句格式 62
3.1.2 匯編語言的運算符 63
3.1.3 表達式 65
3.1.4 匯編語言程序匯編步驟 66
3.2 偽指令 66
3.2.1 定義數據偽指令 66
3.2.2 符號定義偽指令EQU、=及PURGE 67
3.2.3 段定義偽指令SEGMENT和ENDS 67
3.2.4 設定段寄存器偽指令ASSUME 67
3.2.5 定義過程的偽指令PROC和ENDP 68
3.2.6 宏指令 69
3.2.7 ORG偽指令 69
3.2.8 匯編結束偽指令END 70
3.3 匯編語言程序結構 70
3.3.1 EXE文件的編程格式 70
3.3.2 COM文件的編程格式 71
3.3.3 EXE文件和COM文件的內存映像 72
3.3.4 程序段前綴 72
3.3.5 返回DOS的其他方法 73
3.3.6 源程序堆棧的設置 75
3.4 DOS系統功能調用與BIOS功能調用 75
3.4.1 DOS系統功能調用 75
3.4.2 BIOS功能調用 79
3.4.3 文本方式BIOS屏顯功能調用 80
3.5 匯編程序設計 82
3.5.1 簡單程序設計 82
3.5.2 分支程序設計 84
3.5.3 循環程序設計 87
3.5.4 子程序設計 90
3.6 宏指令與條件匯編 94
3.6.1 宏指令 95
3.6.2 條件匯編 98
3.7 習題與思考題 99
第4章 存儲器系統 101
4.1 概述 101
4.1.1 存儲器分類 102
4.1.2 存儲器系統結構 102
4.2 讀、寫存儲器RAM 104
4.2.1 靜態RAM 104
4.2.2 動態RAM 105
4.3 只讀存儲器ROM 105
4.4 存儲器芯片與CPU的連接 106
4.5 高速緩沖存儲器Cache 110
4.5.1 Cache的層次結構 111
4.5.2 Cache的基本工作原理 112
4.5.3 Cache的基本操作 113
4.5.4 地址映射 113
4.5.5 替換策略 115
4.5.6 Pentium III中采用的Cache技術 116
4.6 虛擬存儲器 117
4.6.1 主存—輔存層次結構 117
4.6.2 虛擬存儲器的基本概念 118
4.6.3 頁式虛擬存儲器 119
4.6.4 段式虛擬存儲器 121
4.6.5 段頁式虛擬存儲器 122
4.7 高速緩沖存儲器的接口 123
4.7.1 高速緩沖存儲器的特點 123
4.7.2 高速緩沖存儲器的體系結構 124
4.8 習題與思考題 125
第5章 中斷系統 126
5.1 輸入/輸出數據傳輸的控制方式 127
5.1.1 輸入/輸出的一般概念 127
5.1.2 程序方式 128
5.1.3 中斷方式 131
5.1.4 DMA方式 134
5.2 Intel x86微處理器實模式下的中斷操作 135
5.2.1 中斷分類與中斷類型碼 135
5.2.2 中斷向量與中斷向量表 136
5.2.3 中斷響應過程與時序 137
5.3 中斷控制器8259A 140
5.3.1 8259A的結構及主要功能 140
5.3.2 8259A的編程 143
5.3.3 8259A的工作方式小結 147
5.3.4 8259A的級聯 150
5.3.5 8259A在系統中的應用舉例 152
5.4 習題與思考題 154
第6章 DMA控制器和定時/計數器 156
6.1 DMA控制器Intel 8237 156
6.1.1 DMA概述 156
6.1.2 8237編程結構與工作原理 159
6.1.3 DMAC 8237引腳功能 164
6.1.4 8237工作方式 165
6.1.5 8237的內部寄存器 166
6.1.6 8237A在PC/XT機中的應用 170
6.1.7 8237A在PC/AT機中的應用 172
6.1.8 8237A的編程舉例 173
6.2 定時/計數器芯片Intel 8253 178
6.2.1 定時與計數 178
6.2.2 8253結構和工作原理 179
6.2.3 8253工作方式 184
6.2.4 8254編程及應用 190
6.2.5 其他定時/計數芯片 192
6.3 習題與思考題 198
第7章 接口與并行通信 200
7.1 I/O接口概述 200
7.1.1 CPU與I/O接口 200
7.1.2 I/O接口與系統的連接 201
7.2 可編程并行接口芯片8255A 203
7.2.1 并行通信與接口 203
7.2.2 8255A編程結構 204
7.2.3 8255A編程及應用 214
7.3 習題與思考題 226
第8章 串行接口與通信 228
8.1 串行接口與通信概述 228
8.1.1 串行通信接口 229
8.1.2 串行通信規程 236
8.1.3 通信總線標準 240
8.2 可編程串行接口芯片8251A 248
8.2.1 8251A基本性能 248
8.2.2 8251A內部結構 249
8.2.3 8251A引腳功能 251
8.2.4 8251A編程 253
8.2.5 8251A應用舉例 258
8.3 習題與思考題 264
第9章 D/A、A/D轉換與接口技術 266
9.1 從物理信號到電信號的轉換 266
9.2 D/A轉換器的一般工作原理 266
9.3 數/模轉換器芯片（DAC）及其接口技術 272
9.3.1 D/A的性能參數和術語 272
9.3.2 D/A芯片及其與CPU接口 274
9.3.3 數/模轉換器芯片和微處理器的接口需要注意的問題 281
9.4 模/數轉換芯片（ADC）及其接口技術 281
9.4.1 采樣和量化 281
9.4.2 A/D的工作原理 282
9.4.3 A/D的性能參數和術語 284
9.4.4 A/D芯片及其與CPU接口 285
9.4.5 模/數轉換器芯片和微處理器的接口需要注意的問題 294
9.5 習題與思考題 297
第10章 總線技術 298
10.1 總線標準與總線體系結構 298
10.1.1 總線類型與結構 298
10.1.2 總線控制方法 299
10.2 PC總線 301
10.2.1 ISA工業標準總線 302
10.2.2 EISA擴展的工業標準結構總線 303
10.2.3 VESA總線 304
10.2.4 PCI總線 304
10.2.5 加速圖形端口 305
10.3 系統總線 305
10.4 通用串行接口標準 306
10.4.1 通用串行接口USB 306
10.4.2 1394接口 308
10.5 高速總線 310
10.5.1 PCI Express 310
10.5.2 HyperTransport 310
10.5.3 InfiniBand 313
10.6 習題與思考題 316
第11章 高性能計算機新技術簡介 317
11.1 流水線技術 317
11.1.1 標量流水工作原理 317
11.1.2 超流水線超標量方法 318
11.1.3 超長指令字（VLIW）技術 318
11.1.4 其他相關技術 319
11.2 RISC、SIMD簡介 320
11.2.1 RISC技術 320
11.2.2 SIMD技術 320
11.3 MMX、SSE、SSE2技術 320
11.3.1 MMX技術 320
11.3.2 SSE技術 323
11.3.3 SSE2技術 326
11.4 習題與思考題 326
參考文獻 327

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