先集中介紹微機(jī)系統(tǒng)及其各大硬件組成部分（處理器、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備及接口、總線）的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和現(xiàn)代高檔微機(jī)中相繼采用的一些先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)，然后再講軟件層面的內(nèi)容，介紹Pentium處理器的匯編級(jí)指令系統(tǒng)和匯編語言及編程

緊緊圍繞硬件技術(shù)基礎(chǔ)這根主線展開教材內(nèi)容的同時(shí)，也高度重視硬件與軟件的結(jié)合，著力培養(yǎng)讀者利用計(jì)算機(jī)硬件為主技術(shù)、從硬件與軟件的結(jié)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(shí)踐的案例和論例結(jié)合，著力啟發(fā)讀者應(yīng)用基本原理方法分析解決實(shí)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(xué)校老師請聯(lián)系ly.waterpub@163.com免費(fèi)索取。索取時(shí)請?jiān)卩]件中提供您所在學(xué)校的詳細(xì)名稱及用書數(shù)量。謝謝！

本書是作為普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材和中國水利水電出版社組織的“新世紀(jì)電子信息與自動(dòng)化系列課程改革教材”編寫的，是國家精品課程《計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)》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(jí)重點(diǎn)教材為基礎(chǔ)，根據(jù)近幾年來計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用技術(shù)的新發(fā)展，以及教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)最新發(fā)布的關(guān)于理工類專業(yè)本課程教學(xué)基本要求之“較高要求”，結(jié)合作者所在國家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)近年來精品課程建設(shè)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(shí)單元和知識(shí)點(diǎn)的主要切入機(jī)種，由原“九五”國家級(jí)重點(diǎn)教材的486 PC機(jī)變成了目前已成為主流的Pentium系列PC機(jī)。但考慮到Pentium系列處理器與其前輩處理器80486一樣，均內(nèi)含了一種與8086處理器兼容的實(shí)地址操作模式，因此全書在介紹計(jì)算機(jī)各大組成部分基本原理與接口技術(shù)的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容時(shí)，仍和原來一樣，主要基于實(shí)地址方式和以8086 CPU為核心的PC/AT機(jī)時(shí)代形成的AT技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。這種編寫思路與一開始就從8086 PC機(jī)切入是有根本區(qū)別的，將更加有利于實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、先進(jìn)性和實(shí)用性的統(tǒng)一。

本書在盡量保持原“九五”國家級(jí)重點(diǎn)教材基本編寫原則及特色的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對內(nèi)容及其組織方式作了優(yōu)化調(diào)整。調(diào)整的基本出發(fā)點(diǎn)，是作者所在課程組多年來在本課程改革和建設(shè)中所形成的重要教學(xué)理念，即：圍繞一條主線、突出兩個(gè)結(jié)合、狠抓三個(gè)基本、堅(jiān)持淡內(nèi)強(qiáng)外、倡導(dǎo)自主學(xué)習(xí)、注重能力培養(yǎng)。據(jù)此，形成了本書以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：

（1）緊緊圍繞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件組成及工作原理這條主線，重點(diǎn)介紹有關(guān)計(jì)算機(jī)工作的一些先進(jìn)而實(shí)用的重要機(jī)理、思想和技術(shù)。也正是基于這一思想，本書微機(jī)原理部分才一改傳統(tǒng)的內(nèi)容組織結(jié)構(gòu)，作出新的嘗試：先集中介紹微機(jī)系統(tǒng)及其各大硬件組成部分（處理器、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備及接口、總線）的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和現(xiàn)代高檔微機(jī)中相繼采用的一些先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)，然后再講軟件層面的內(nèi)容，介紹Pentium處理器的匯編級(jí)指令系統(tǒng)和匯編語言及編程。

（2）考慮到計(jì)算機(jī)工作的過程，本質(zhì)上是以硬件為基礎(chǔ)執(zhí)行程序即軟件的過程，所以在緊緊圍繞硬件技術(shù)基礎(chǔ)這根主線展開教材內(nèi)容的同時(shí)，也高度重視硬件與軟件的結(jié)合，著力培養(yǎng)讀者利用計(jì)算機(jī)硬件為主技術(shù)、從硬件與軟件的結(jié)合上處理問題的思維方式和分析、解決問題的能力。

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

（4）在講述各知識(shí)單元、知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容時(shí)，以講清“三個(gè)基本”為重點(diǎn)，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(dāng)?shù)�化、壓縮在具體PC機(jī)中的應(yīng)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(chǔ)上再去拓展知識(shí)，開發(fā)創(chuàng)新思維能力和分析解決實(shí)際問題的能力。這樣處理，可能更有利于講清計(jì)算機(jī)基本工作原理和基本接口方法，使學(xué)生更快更好地掌握計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用技術(shù)精髓，從而更符合非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)教育教學(xué)的規(guī)律。

（5）從非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的目的是為了應(yīng)用這一特點(diǎn)出發(fā)，無論對微型計(jì)算機(jī)還是各種外圍芯片、外部設(shè)備，都適當(dāng)?shù)�化了�?nèi)部原理，而強(qiáng)化了外部接口及應(yīng)用，把著力點(diǎn)放在介紹外設(shè)、外圍芯片與CPU的接口方法，以及根據(jù)應(yīng)用需要選擇可編程接口芯片的工作方式和編寫接口驅(qū)動(dòng)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(guī)律性的東西，更好地理解和掌握它們的應(yīng)用方法，在介紹它們時(shí)，基本上都按基本功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳、內(nèi)部端口寄存器尋址與讀/寫控制、初始化與應(yīng)用編程幾個(gè)層面去重組內(nèi)容。

（7）對存儲(chǔ)器這章按7個(gè)要點(diǎn)進(jìn)行了內(nèi)容重組，突出了基于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器接口特性的內(nèi)存構(gòu)成原理這個(gè)重點(diǎn)。

（8）為了適應(yīng)實(shí)際中計(jì)算機(jī)接口驅(qū)動(dòng)程序既可使用匯編語言編寫又可采用C語言編寫的現(xiàn)狀，本書一改傳統(tǒng)做法，在針對接口硬件編寫驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，許多地方都同時(shí)給出了匯編語言和C語言兩種例程。另外，還專門增設(shè)了一章，介紹Windows和DOS下設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的區(qū)別，以及Windows設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)開發(fā)方法。

本書分上、下兩冊。上冊為微機(jī)原理部分，由十章組成，從第1章到第10章分別為：微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述，微型計(jì)算機(jī)硬件組成基礎(chǔ)，微處理器，存儲(chǔ)器，I/O設(shè)備及接口，總線，中斷機(jī)制，計(jì)算機(jī)基本工作原理，Pentium系列處理器指令系統(tǒng)，匯編語言及編程。下冊為微機(jī)接口部分，由八章組成，從第1章到第8章分別為：微機(jī)接口技術(shù)概述，并行接口，串行接口，I/ O接口中的中斷技術(shù)，I/O接口中的定時(shí)/計(jì)數(shù)技術(shù)，常用I/O設(shè)備（包括基本人機(jī)交互設(shè)備、模擬I/O設(shè)備、多媒體設(shè)備）的接口方法，Windows下的I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，微機(jī)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。

本書由鄒逢興主編，負(fù)責(zé)策劃組織結(jié)構(gòu)、制定三級(jí)目錄和全書統(tǒng)稿定稿。本冊（微機(jī)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(jié)、8.1.2節(jié)、8.1.3節(jié)和3.1.1節(jié)部分由鄒逢興完成，第3.4節(jié)由鄒逢興和陳立剛共同完成外，其余各章節(jié)均由陳立剛在鄒逢興主編的原國家級(jí)規(guī)劃教材和教育部統(tǒng)編通用教材的基礎(chǔ)上修訂而成。

全書編寫過程中，得到本人負(fù)責(zé)的“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)與控制系列課程”國家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)中張湘平、胡德文、鄭志強(qiáng)、呂鳴、龍志強(qiáng)、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(jīng)理兼策劃編輯、雷順加總編、李炎責(zé)任編輯等同志的大力支持，他們?yōu)榇烁冻隽诵燎趧趧?dòng)。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(gè)有機(jī)聯(lián)系的統(tǒng)一體，顯然，配套使用有利于教學(xué)的系統(tǒng)性、完整性。一般說來，對電為主類工科專業(yè)應(yīng)該這樣使用。但是，考慮到非電為主類工科專業(yè)或非工科專業(yè)的用戶，由于學(xué)時(shí)數(shù)有限或其他原因，可能不需要這么完整的內(nèi)容，或者只想讓學(xué)生懂得微機(jī)基本原理，或者重點(diǎn)希望學(xué)生掌握微機(jī)接口技術(shù)，為此我們在策劃體系結(jié)構(gòu)和組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)，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(jī)原理和接口技術(shù)方面具有一定的獨(dú)立性和相對的完整性，因而即使單獨(dú)使用也是完全可以滿足要求的。

本書雖然在“九五”國家級(jí)重點(diǎn)教材的基礎(chǔ)上有所改進(jìn)，但離教學(xué)要求肯定還有差距，且錯(cuò)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(jìn)、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(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述 1
1.1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 2
1.1.1 從馮•諾依曼結(jié)構(gòu)說起 2
1.1.2 硬件三總線結(jié)構(gòu) 2
1.1.3 從內(nèi)到外三個(gè)層次 3
1.2 微機(jī)各大組成部分結(jié)構(gòu)及功能 4
1.2.1 微處理器（MPU） 4
1.2.2 存儲(chǔ)器 6
1.2.3 I/O接口 7
1.2.4 總線 8
1.3 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 8
1.3.1 字長 8
1.3.2 存儲(chǔ)器容量 8
1.3.3 運(yùn)算速度 9
1.3.4 外設(shè)擴(kuò)展能力 9
1.3.5 軟件配置情況 9
1.4 高檔微機(jī)中應(yīng)用的現(xiàn)代先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù) 9
1.4.1 流水線、超流水線和超標(biāo)量技術(shù) 9
1.4.2 分支預(yù)測和推測執(zhí)行技術(shù) 10
1.4.3 亂序執(zhí)行技術(shù)和動(dòng)態(tài)執(zhí)行技術(shù) 10
1.4.4 超線程技術(shù) 10
1.5 典型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 10
1.5.1 個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 10
1.5.2 便攜式計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 18
1.5.3 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 18
思考題與習(xí)題一 19
第2章 微型計(jì)算機(jī)硬件組成基礎(chǔ) 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(shí)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(shí)序邏輯基本單元——觸發(fā)器 27
2.2.3 脈沖波形產(chǎn)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(shù)據(jù)選擇器 42
2.3.4 數(shù)碼比較器 45
2.3.5 加法器 46
2.3.6 算術(shù)邏輯單元 47
2.4 基本時(shí)序邏輯部件 50
2.4.1 寄存器和移位寄存器 50
2.4.2 計(jì)數(shù)器 53
思考題與習(xí)題二 59
第3章 微處理器 63
3.1 微處理器的發(fā)展 64
3.1.1 Intel微處理器發(fā)展歷程 64
3.1.2 國產(chǎn)微處理器發(fā)展現(xiàn)狀 69
3.2 8086/8088微處理器 72
3.2.1 8086/8088的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 72
3.2.2 指令流水線和存儲(chǔ)器分段管理 73
3.3 Pentium微處理器 75
3.3.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳 76
3.3.2 內(nèi)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(nèi)部結(jié)構(gòu) 91
3.4.2 龍芯2F的外部接口信號(hào) 95
3.4.3 龍芯2F的內(nèi)部寄存器 99
3.4.4 龍芯2F的工作模式 101
思考題與習(xí)題三 104
第4章 存儲(chǔ)器 105
4.1 當(dāng)今高檔微機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu) 106
4.1.1 分級(jí)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 106
4.1.2 虛擬存儲(chǔ)器技術(shù) 107
4.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類與選用原則 107
4.2.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類 107
4.2.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的選用原則 108
4.3 存儲(chǔ)器芯片與存儲(chǔ)條的接口特性 109
4.3.1 各類存儲(chǔ)器芯片的接口共性 109
4.3.2 DRAM芯片與存儲(chǔ)條的接口特性 112
4.4 內(nèi)存儲(chǔ)器 115
4.4.1 內(nèi)存儲(chǔ)器組織原理 115
4.4.2 內(nèi)存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)舉例 120
4.5 高速緩沖存儲(chǔ)器基本原理 123
4.5.1 Cache的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 124
4.5.2 Cache與內(nèi)存的映像關(guān)系 125
4.5.3 Cache的讀/寫操作 126
4.5.4 分級(jí)Cache結(jié)構(gòu)與平均訪存周期的
估算 127
4.6 外存儲(chǔ)器 128
4.6.1 硬盤存儲(chǔ)器 128
4.6.2 光盤存儲(chǔ)器 132
4.6.3 移動(dòng)存儲(chǔ)器 137
4.7 虛擬存儲(chǔ)器管理機(jī)制 141
4.7.1 分段分頁管理機(jī)制 141
4.7.2 虛擬地址向?qū)嵉刂返霓D(zhuǎn)換原理 142
4.7.3 保護(hù)機(jī)構(gòu) 146
思考題與習(xí)題四 146
第5章 I/O設(shè)備及接口 151
5.1 基本人機(jī)交互設(shè)備 152
5.1.1 鍵盤 152
5.1.2 顯示器 153
5.1.3 打印機(jī) 157
5.2 模擬I/O設(shè)備 159
5.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器與模擬輸入通道 159
5.2.2 D/A轉(zhuǎn)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(xí)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(shí)序 198
6.5.1 非流水線式讀/寫周期的總線時(shí)序 198
6.5.2 突發(fā)式讀/寫周期的總線時(shí)序 199
6.5.3 流水線式讀/寫周期的總線時(shí)序 200
6.6 目前主流微機(jī)系統(tǒng)中的常用標(biāo)準(zhǔn)總線 201
6.6.1 標(biāo)準(zhǔn)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(xí)題六 229
第7章 中斷機(jī)制 231
7.1 中斷與中斷類型 232
7.2 中斷優(yōu)先級(jí)與中斷嵌套 233
7.3 中斷檢測與響應(yīng) 234
7.4 中斷服務(wù)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(jī)理 239
7.6.1 實(shí)地址方式下使用中斷向量表 239
7.6.2 保護(hù)虛地址方式下使用中斷描述
符表 240
7.6.3 中斷向量號(hào)分配 241
7.6.4 中斷/異常的檢測、響應(yīng)、處理過程 241
思考題與習(xí)題七 242
第8章 計(jì)算機(jī)基本工作原理 245
8.1 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示 246
8.1.1 數(shù)值數(shù)據(jù)的表示 246
8.1.2 字符數(shù)據(jù)的表示 250
8.1.3 聲像數(shù)據(jù)的表示 252
8.1.4 目前微機(jī)中常用的數(shù)據(jù)類型 253
8.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的運(yùn)算 256
8.2.1 算術(shù)運(yùn)算 256
8.2.2 邏輯運(yùn)算 260
8.3 計(jì)算機(jī)工作的過程 261
8.3.1 計(jì)算機(jī)工作過程的一般描述 261
8.3.2 指令執(zhí)行過程 262
8.3.3 程序執(zhí)行過程舉例 262
思考題與習(xí)題八 264
第9章 Pentium系列處理器指令系統(tǒng) 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(tǒng)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(shù)據(jù)傳送類指令 277
9.3.2 算術(shù)運(yùn)算類指令 283
9.3.3 邏輯運(yùn)算類指令 290
9.3.4 串操作類指令 294
9.3.5 控制轉(zhuǎn)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(xí)題九 313
第10章 匯編語言及編程 319
10.1 匯編語言源程序結(jié)構(gòu) 320
10.2 匯編語句及操作數(shù) 322
10.2.1 匯編語句 322
10.2.2 匯編語句中使用的操作數(shù) 323
10.3 偽指令語句 327
10.3.1 程序結(jié)構(gòu)偽指令語句 327
10.3.2 符號(hào)常數(shù)定義偽指令 334
10.3.3 數(shù)據(jù)定義偽指令 334
10.3.4 過程與宏定義偽指令 336
10.3.5 結(jié)構(gòu)定義偽指令 337
10.4 匯編語言程序設(shè)計(jì) 339
10.4.1 匯編語言程序開發(fā)過程 339
10.4.2 基本結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì) 340
10.4.3 子程序設(shè)計(jì)與調(diào)用 352
10.4.4 DOS/BIOS功能調(diào)用 357
10.4.5 典型功能程序設(shè)計(jì)舉例 363
思考題與習(xí)題十 372
參考文獻(xiàn) 376

1. 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)及應(yīng)用基礎(chǔ)（下冊 微機(jī)接口部分） [鄒逢興 陳立剛 李迅 編著]
2. 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)（第三版） [艾德才 等編著]
3. 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程 [張志勇 戴金波 主編]