先集中介紹微機系統及其各大硬件組成部分（處理器、存儲器、I/O設備及接口、總線）的基本結構、工作原理和現代高檔微機中相繼采用的一些先進計算機技術，然后再講軟件層面的內容，介紹Pentium處理器的匯編級指令系統和匯編語言及編程

緊緊圍繞硬件技術基礎這根主線展開教材內容的同時，也高度重視硬件與軟件的結合，著力培養讀者利用計算機硬件為主技術、從硬件與軟件的結合上處理問題的思維方式和分析、解決問題的能力。

引入較多的來自科研實踐的案例和論例結合，著力啟發讀者應用基本原理方法分析解決實際問題的思路

特別提示：本書提供制作精良的電子教案，有用書的學校老師請聯系ly.waterpub@163.com免費索取。索取時請在郵件中提供您所在學校的詳細名稱及用書數量。謝謝！

本書是作為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材和中國水利水電出版社組織的“新世紀電子信息與自動化系列課程改革教材”編寫的，是國家精品課程《計算機硬件技術基礎》的配套教科書。

本書是以作者2001年編著出版的同名普通高等教育“九五”國家級重點教材為基礎，根據近幾年來計算機及其應用技術的新發展，以及教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會最新發布的關于理工類專業本課程教學基本要求之“較高要求”，結合作者所在國家級教學團隊近年來精品課程建設的成果，再參考廣大讀者反饋回來的意見，重新改編而成的。

本書把講述各知識單元和知識點的主要切入機種，由原“九五”國家級重點教材的486 PC機變成了目前已成為主流的Pentium系列PC機。但考慮到Pentium系列處理器與其前輩處理器80486一樣，均內含了一種與8086處理器兼容的實地址操作模式，因此全書在介紹計算機各大組成部分基本原理與接口技術的實質性內容時，仍和原來一樣，主要基于實地址方式和以8086 CPU為核心的PC/AT機時代形成的AT技術標準進行。這種編寫思路與一開始就從8086 PC機切入是有根本區別的，將更加有利于實現基礎性、系統性、先進性和實用性的統一。

本書在盡量保持原“九五”國家級重點教材基本編寫原則及特色的基礎上，進一步對內容及其組織方式作了優化調整。調整的基本出發點，是作者所在課程組多年來在本課程改革和建設中所形成的重要教學理念，即：圍繞一條主線、突出兩個結合、狠抓三個基本、堅持淡內強外、倡導自主學習、注重能力培養。據此，形成了本書以下幾個主要特點：

（1）緊緊圍繞計算機系統硬件組成及工作原理這條主線，重點介紹有關計算機工作的一些先進而實用的重要機理、思想和技術。也正是基于這一思想，本書微機原理部分才一改傳統的內容組織結構，作出新的嘗試：先集中介紹微機系統及其各大硬件組成部分（處理器、存儲器、I/O設備及接口、總線）的基本結構、工作原理和現代高檔微機中相繼采用的一些先進計算機技術，然后再講軟件層面的內容，介紹Pentium處理器的匯編級指令系統和匯編語言及編程。

（2）考慮到計算機工作的過程，本質上是以硬件為基礎執行程序即軟件的過程，所以在緊緊圍繞硬件技術基礎這根主線展開教材內容的同時，也高度重視硬件與軟件的結合，著力培養讀者利用計算機硬件為主技術、從硬件與軟件的結合上處理問題的思維方式和分析、解決問題的能力。

（3）根據本課程理論性系統性和工程性實踐性都很強的特點，全書切實貫徹了理論與實踐緊密結合的原則，通過引入較多的來自科研實踐的案例和論例結合，著力啟發讀者應用基本原理方法分析解決實際問題的思路。

（4）在講述各知識單元、知識點內容時，以講清“三個基本”為重點，力求更好地突出基本概念、基本原理、基本方法的提煉和闡明，而適當淡化、壓縮在具體PC機中的應用說明。立足于使讀者對基本概念能熟悉、對基本原理能理解、對基本方法技能能較好掌握，在此基礎上再去拓展知識，開發創新思維能力和分析解決實際問題的能力。這樣處理，可能更有利于講清計算機基本工作原理和基本接口方法，使學生更快更好地掌握計算機及其應用技術精髓，從而更符合非計算機專業計算機教育教學的規律。

（5）從非計算機專業人員學習計算機的目的是為了應用這一特點出發，無論對微型計算機還是各種外圍芯片、外部設備，都適當淡化了內部原理，而強化了外部接口及應用，把著力點放在介紹外設、外圍芯片與CPU的接口方法，以及根據應用需要選擇可編程接口芯片的工作方式和編寫接口驅動程序等方面。

（6）為有利于讀者更好地抓住各類可編程接口芯片的規律性的東西，更好地理解和掌握它們的應用方法，在介紹它們時，基本上都按基本功能、內部結構與外部引腳、內部端口寄存器尋址與讀/寫控制、初始化與應用編程幾個層面去重組內容。

（7）對存儲器這章按7個要點進行了內容重組，突出了基于半導體存儲器接口特性的內存構成原理這個重點。

（8）為了適應實際中計算機接口驅動程序既可使用匯編語言編寫又可采用C語言編寫的現狀，本書一改傳統做法，在針對接口硬件編寫驅動程序時，許多地方都同時給出了匯編語言和C語言兩種例程。另外，還專門增設了一章，介紹Windows和DOS下設備驅動程序的區別，以及Windows設備驅動程序的設計開發方法。

本書分上、下兩冊。上冊為微機原理部分，由十章組成，從第1章到第10章分別為：微型計算機系統概述，微型計算機硬件組成基礎，微處理器，存儲器，I/O設備及接口，總線，中斷機制，計算機基本工作原理，Pentium系列處理器指令系統，匯編語言及編程。下冊為微機接口部分，由八章組成，從第1章到第8章分別為：微機接口技術概述，并行接口，串行接口，I/ O接口中的中斷技術，I/O接口中的定時/計數技術，常用I/O設備（包括基本人機交互設備、模擬I/O設備、多媒體設備）的接口方法，Windows下的I/O設備驅動程序，微機在嵌入式系統中的應用。

本書由鄒逢興主編，負責策劃組織結構、制定三級目錄和全書統稿定稿。本冊（微機原理部分）具體編寫工作，除第2章由史美萍完成，第3.1.2節、8.1.2節、8.1.3節和3.1.1節部分由鄒逢興完成，第3.4節由鄒逢興和陳立剛共同完成外，其余各章節均由陳立剛在鄒逢興主編的原國家級規劃教材和教育部統編通用教材的基礎上修訂而成。

全書編寫過程中，得到本人負責的“計算機硬件技術與控制系列課程”國家級教學團隊中張湘平、胡德文、鄭志強、呂鳴、龍志強、李云鋼、徐曉紅、李春、李迅、羅兵、李治斌、薛小波、高政、滕秀梅、李紅等許多同志的大力幫助；編輯出版過程中，得到中國水利水電出版社萬水公司楊慶川總經理兼策劃編輯、雷順加總編、李炎責任編輯等同志的大力支持，他們為此付出了辛勤勞動。在此，對他們表示深深的謝意！

最后想說明的是，本書上、下兩冊是一個有機聯系的統一體，顯然，配套使用有利于教學的系統性、完整性。一般說來，對電為主類工科專業應該這樣使用。但是，考慮到非電為主類工科專業或非工科專業的用戶，由于學時數有限或其他原因，可能不需要這么完整的內容，或者只想讓學生懂得微機基本原理，或者重點希望學生掌握微機接口技術，為此我們在策劃體系結構和組織教學內容時，特意作了精心安排，使上、下冊既具有明顯不同的偏重，又分別在微機原理和接口技術方面具有一定的獨立性和相對的完整性，因而即使單獨使用也是完全可以滿足要求的。

本書雖然在“九五”國家級重點教材的基礎上有所改進，但離教學要求肯定還有差距，且錯誤之處仍然難免，懇請使用本書的讀者不吝批評指正，以便不斷改進、完善。

鄒逢興

2010年7月于湘江之濱•長沙市

總序
前言

第1章 微型計算機系統概述 1
1.1 微型計算機系統的體系結構 2
1.1.1 從馮•諾依曼結構說起 2
1.1.2 硬件三總線結構 2
1.1.3 從內到外三個層次 3
1.2 微機各大組成部分結構及功能 4
1.2.1 微處理器（MPU） 4
1.2.2 存儲器 6
1.2.3 I/O接口 7
1.2.4 總線 8
1.3 微型計算機系統主要性能指標 8
1.3.1 字長 8
1.3.2 存儲器容量 8
1.3.3 運算速度 9
1.3.4 外設擴展能力 9
1.3.5 軟件配置情況 9
1.4 高檔微機中應用的現代先進計算機技術 9
1.4.1 流水線、超流水線和超標量技術 9
1.4.2 分支預測和推測執行技術 10
1.4.3 亂序執行技術和動態執行技術 10
1.4.4 超線程技術 10
1.5 典型微型計算機系統 10
1.5.1 個人計算機系統 10
1.5.2 便攜式計算機系統 18
1.5.3 嵌入式計算機系統 18
思考題與習題一 19
第2章 微型計算機硬件組成基礎 21
2.1 邏輯電路及功能概述方法 22
2.1.1 組合邏輯電路及其功能描述方法 22
2.1.2 時序邏輯電路及其功能描述方法 22
2.2 基本邏輯單元電路 23
2.2.1 組合邏輯基本單元——邏輯門 24
2.2.2 時序邏輯基本單元——觸發器 27
2.2.3 脈沖波形產生與整形電路 31
2.3 基本組合邏輯部件 35
2.3.1 編碼器 35
2.3.2 譯碼器 37
2.3.3 數據選擇器 42
2.3.4 數碼比較器 45
2.3.5 加法器 46
2.3.6 算術邏輯單元 47
2.4 基本時序邏輯部件 50
2.4.1 寄存器和移位寄存器 50
2.4.2 計數器 53
思考題與習題二 59
第3章 微處理器 63
3.1 微處理器的發展 64
3.1.1 Intel微處理器發展歷程 64
3.1.2 國產微處理器發展現狀 69
3.2 8086/8088微處理器 72
3.2.1 8086/8088的內部結構 72
3.2.2 指令流水線和存儲器分段管理 73
3.3 Pentium微處理器 75
3.3.1 內部結構與外部引腳 76
3.3.2 內部寄存器 81
3.3.3 四種工作方式 90
3.4 “龍芯”微處理器 91
3.4.1 龍芯2F處理器內部結構 91
3.4.2 龍芯2F的外部接口信號 95
3.4.3 龍芯2F的內部寄存器 99
3.4.4 龍芯2F的工作模式 101
思考題與習題三 104
第4章 存儲器 105
4.1 當今高檔微機系統的存儲器體系結構 106
4.1.1 分級存儲器結構 106
4.1.2 虛擬存儲器技術 107
4.2 半導體存儲器的分類與選用原則 107
4.2.1 半導體存儲器的分類 107
4.2.2 半導體存儲器的選用原則 108
4.3 存儲器芯片與存儲條的接口特性 109
4.3.1 各類存儲器芯片的接口共性 109
4.3.2 DRAM芯片與存儲條的接口特性 112
4.4 內存儲器 115
4.4.1 內存儲器組織原理 115
4.4.2 內存儲器設計舉例 120
4.5 高速緩沖存儲器基本原理 123
4.5.1 Cache的基本結構和工作原理 124
4.5.2 Cache與內存的映像關系 125
4.5.3 Cache的讀/寫操作 126
4.5.4 分級Cache結構與平均訪存周期的
估算 127
4.6 外存儲器 128
4.6.1 硬盤存儲器 128
4.6.2 光盤存儲器 132
4.6.3 移動存儲器 137
4.7 虛擬存儲器管理機制 141
4.7.1 分段分頁管理機制 141
4.7.2 虛擬地址向實地址的轉換原理 142
4.7.3 保護機構 146
思考題與習題四 146
第5章 I/O設備及接口 151
5.1 基本人機交互設備 152
5.1.1 鍵盤 152
5.1.2 顯示器 153
5.1.3 打印機 157
5.2 模擬I/O設備 159
5.2.1 A/D轉換器與模擬輸入通道 159
5.2.2 D/A轉換器與模擬輸出通道 174
5.3 I/O接口與I/O操作 185
思考題與習題五 186
第6章 總線 189
6.1 總線概述 190
6.1.1 總線及分組 190
6.1.2 總線功能和性能 190
6.1.3 總線模塊 191
6.2 總線操作及控制 191
6.2.1 總線操作概念 191
6.2.2 總線操作控制 192
6.3 總線仲裁方法 192
6.3.1 串行仲裁 192
6.3.2 并行仲裁 194
6.3.3 并串行二維仲裁 194
6.4 總線握手方法 195
6.4.1 同步握手 195
6.4.2 異步握手 196
6.4.3 半同步握手 197
6.5 Pentium處理器的典型總線操作時序 198
6.5.1 非流水線式讀/寫周期的總線時序 198
6.5.2 突發式讀/寫周期的總線時序 199
6.5.3 流水線式讀/寫周期的總線時序 200
6.6 目前主流微機系統中的常用標準總線 201
6.6.1 標準總線概述 201
6.6.2 ISA總線 202
6.6.3 PCI總線 204
6.6.4 USB總線 218
6.6.5 IEEE1394總線 222
6.6.6 SCSI總線 225
6.6.7 AGP總線 227
思考題與習題六 229
第7章 中斷機制 231
7.1 中斷與中斷類型 232
7.2 中斷優先級與中斷嵌套 233
7.3 中斷檢測與響應 234
7.4 中斷服務判決 235
7.4.1 程序查詢式判決 235
7.4.2 中斷向量式判決 236
7.5 中斷處理 237
7.6 Pentium處理器的中斷機理 239
7.6.1 實地址方式下使用中斷向量表 239
7.6.2 保護虛地址方式下使用中斷描述
符表 240
7.6.3 中斷向量號分配 241
7.6.4 中斷/異常的檢測、響應、處理過程 241
思考題與習題七 242
第8章 計算機基本工作原理 245
8.1 計算機中數據的表示 246
8.1.1 數值數據的表示 246
8.1.2 字符數據的表示 250
8.1.3 聲像數據的表示 252
8.1.4 目前微機中常用的數據類型 253
8.2 計算機中數據的運算 256
8.2.1 算術運算 256
8.2.2 邏輯運算 260
8.3 計算機工作的過程 261
8.3.1 計算機工作過程的一般描述 261
8.3.2 指令執行過程 262
8.3.3 程序執行過程舉例 262
思考題與習題八 264
第9章 Pentium系列處理器指令系統 267
9.1 指令尋址方式 268
9.1.1 尋址方式概述 268
9.1.2 11種尋址方式 269
9.2 指令系統概述 275
9.2.1 Pentium指令格式 275
9.2.2 Pentium指令分類 276
9.3 與8086兼容的指令 277
9.3.1 數據傳送類指令 277
9.3.2 算術運算類指令 283
9.3.3 邏輯運算類指令 290
9.3.4 串操作類指令 294
9.3.5 控制轉移類指令 298
9.3.6 處理器控制類指令 304
9.4 8086以后歷代處理器新增的指令 305
9.4.1 80286新增指令 305
9.4.2 80386新增指令 308
9.4.3 80486新增指令 311
9.4.4 Pentium系列處理器新增指令 312
思考題與習題九 313
第10章 匯編語言及編程 319
10.1 匯編語言源程序結構 320
10.2 匯編語句及操作數 322
10.2.1 匯編語句 322
10.2.2 匯編語句中使用的操作數 323
10.3 偽指令語句 327
10.3.1 程序結構偽指令語句 327
10.3.2 符號常數定義偽指令 334
10.3.3 數據定義偽指令 334
10.3.4 過程與宏定義偽指令 336
10.3.5 結構定義偽指令 337
10.4 匯編語言程序設計 339
10.4.1 匯編語言程序開發過程 339
10.4.2 基本結構程序設計 340
10.4.3 子程序設計與調用 352
10.4.4 DOS/BIOS功能調用 357
10.4.5 典型功能程序設計舉例 363
思考題與習題十 372
參考文獻 376

1. 計算機硬件技術及應用基礎（下冊 微機接口部分） [鄒逢興 陳立剛 李迅 編著]
2. 計算機硬件技術基礎（第三版） [艾德才 等編著]
3. 計算機硬件技術實驗教程 [張志勇 戴金波 主編]