第三版前言

時光更迭，歷史嬗遞，時至今日，計算機技術一如繼往地飛速發展，進入“十一五”，我國科技、經濟和社會發展對高等學校計算機基礎教育提出了更高、更新的要求。社會信息化不斷向縱深發展，各行各業的信息化進程不斷加速。用人單位對大學畢業生的計算機能力要求有增無減，社會的信息化對大學生的信息素質也提出了更高的要求。高等學校計算機基礎教學需要不斷更新教育理念，深化教學改革，提高教學質量。

教育部決定制訂“普通高等教育‘十一五’國家級教材”規劃，加強教材建設，確保高質量教材進課堂。并要求編寫具有不同風格和特色的、反映當代科學技術、文化的最新成就的、在內容和體系上有明顯特色的高質量的教材，保證內容的思想性和科學性，以適應不同層次、不同類型院校對教材的需求。

《計算機硬件技術基礎（第三版）》是作者在《計算機硬件技術基礎（第二版•Pentium版）》（2003年3月出版）的基礎上，根據我國高等院校計算機基礎教育的發展形勢及教育部“高等學校計算機科學與技術教學指導委員會非計算機專業計算機基礎課程教學指導分委員會”《關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見》（俗稱“白皮書”）的要求，并借鑒《中國高等院校計算機基礎教育課程體系2006》（俗稱“藍皮書”）的相關內容編寫而成的，其內容基本滿足大學生所必需的硬件技術知識。作者曾任教育部高等學校本科工科計算機課程教學指導委員會委員，對我國計算機基礎教育改革有深刻的理解，具備幾十年教學經驗，經過精心組織、精心安排，與天津大學執教多年的一線教師傾心合作編寫而成本書。

本教材既保留了《計算機硬件技術基礎（第二版•Pentium版）》教學內容的基礎性、知識性、先進性、系統性的特點，又切實注意到了我國學生的認知習慣和教師的教學習慣。在教學內容的安排上由淺入深、循序漸進，先從16位的微處理器介紹開始，使學生有一個完整的微處理器概念；然后再過渡到32位的微處理器，并且在過渡的過程中，盡可能地將16位的知識與32位的知識進行對比，然后進行延伸，最終平滑地進入32位微處理器領域。

由于計算機發展神速，微機領域內的新技術、新知識日新月異。作者以科學發展觀，以盡可能通俗的語言，把本教材編寫成能反映微機領域內的新技術、新知識的高質量、有特色的教材。本書反映的是當代微機領域內的最新成就，是世界先進的微機知識。

作者以為本書中的第3章32位微處理器、第6章存儲器及管理技術、第7章中斷、第8章總線技術是本書的核心內容，是重點和難點。只要把核心知識、核心內容學完，學生在校期間就掌握了目前微機領域內的最先進的知識和微機的發展趨勢。第4章指令系統、第5章匯編語言與程序設計、第9章輸入輸出接口與控制和第10章常用輸入輸出設備及接口是微型計算機的應用基礎。第11章高檔微處理器，則是把微機技術的發展呈現給讀者，使他們對微機技術的認知達到目前世界的先進水平。

《計算機硬件技術基礎（第三版）》教材，是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，是自2000年第1版后的二次改版，是落實教育部對“十一五”國家級規劃教材的要求，適應不同層次、不同類型院校對教材的需求。本教材在教學內容的選取和表述上，盡量做到了通俗、簡捷、實用，而又兼顧到了內容的知識性、先進性和系統性。

本教材第1章由李英慧、艾德才編寫，第2章由遲麗華編寫，第5章由遲麗華、艾德才編寫，第9章由李英慧、遲麗華編寫，其他各章由艾德才編寫。參加本書編寫的還有劉捐獻、胡敏、于健、談嫻茹、張運杰、鮑磊、艾菲、秦鵬、郭青、邊佳、劉桂芬、韓麗軍、王靜，由艾德才教授審校了全部書稿。

本次作為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，進行了第二次改版，意味著榮譽、重擔和責任。給學生一冊好的《計算機硬件技術基礎》教材是作者的責任，雖盡全力而欲做好，但由于作者水平有限，難免有不足之處，殷切希望能得到廣大同仁和讀者的批評指正，尤其本書中出現的許多新技術、新詞匯還有待讀者、同仁不吝賜教，以便使本書的質量得到進一步提高。

在使用本教材時，如遇到什么問題或需研討或需商榷，可與作者聯系，電子信箱：decaiai@tju.edu.cn。

編 者

2007年5月于天津大學計算機學院

第三版前言
第二版前言
第一版前言
第1章 微型計算機系統概論 1
1.1 微型計算機的發展 1
1.2 微型計算機與微處理器 5
1.3 微型計算機硬件系統組成 5
1.3.1 微型計算機硬件組成 5
1.3.2 計算機軟件的組成 8
1.4 計算機的工作過程 8
1.5 數在計算機中的表示 9
1.5.1 帶符號數的表示 9
1.5.2 補碼的運算 10
1.6 定點數與浮點數 11
1.7 二進制編碼 12
1.7.1 三種二進制編碼的表示 12
1.7.2 二進制數運算 13
1.8 計算機系統的層次結構 14
1.9 數據單位表示 15
1.9.1 常用的術語 15
1.9.2 表示存儲器容量的計量單位 16
1.9.3 編址與尋址 17
1.10 微型計算機主要性能指標 17
習題一 18
第2章 16位微處理器 19
2.1 8086/8088內部寄存器 19
2.1.1 通用寄存器 20
2.1.2 段寄存器 21
2.1.3 控制寄存器 21
2.2 8086 CPU的功能結構 23
2.2.1 總線接口部件BIU 23
2.2.2 執行部件EU 24
2.2.3 8086微處理器操作方式比較 24
2.3 8086的操作模式及引腳信號 25
2.3.1 8086的兩種操作模式 25
2.3.2 8086微處理器芯片的引腳 25
2.3.3 8088與8086微處理器的比較 29
2.4 8086/8088的存儲管理 30
2.4.1 存儲器分段和物理地址 30
2.4.2 訪問存儲器各段的默認規則 32
2.5 8086/8088的不足 33
習題二 34
第3章 32位微處理器 35
3.1 CISC和RISC 35
3.1.1 復雜指令系統計算機——CISC 35
3.1.2 精簡指令系統計算機——RISC 36
3.2 Pentium體系結構 36
3.2.1 Pentium寄存器 36
3.2.2 Pentium 體系結構 44
3.3 Pentium采用的新技術 46
3.3.1 超標量執行 46
3.3.2 分支轉移預測技術 47
3.3.3 流水線技術 49
3.4 Pentium操作模式 55
3.5 浮點部件 55
3.5.1 浮點部件體系結構 57
3.5.2 浮點部件流水線操作 61
習題三 62
第4章 指令系統 64
4.1 指令格式 64
4.1.1 指令系統 64
4.1.2 指令格式 65
4.2 尋址方式 68
4.2.1 常用尋址方式 69
4.2.2 有效地址計算 76
4.3 指令系統 77
4.3.1 數據傳送類指令 78
4.3.2 算術運算指令 81
4.3.3 邏輯運算指令 90
4.3.4 控制轉移指令 92
4.3.5 處理器控制指令 96
4.3.6 輸入/輸出指令 97
4.3.7 新增加的指令 98
習題四 99
第5章 匯編語言與程序設計 102
5.1 匯編語言基礎 102
5.1.1 匯編語言概述 102
5.1.2 匯編語言源程序結構 103
5.1.3 匯編語言語句格式 103
5.2 常用偽指令 105
5.2.1 段定義偽指令SEGMENT/ENDS 105
5.2.2 指定段寄存器偽指令ASSUME 106
5.2.3 過程定義偽指令PROC/ENDP 107
5.2.4 變量定義偽指令DB/DW/DD 108
5.2.5 符號定義偽指令（EQU/=） 109
5.3 匯編語言程序設計 110
5.3.1 簡單程序設計入門 110
5.3.2 順序結構程序設計 113
5.3.3 分支程序設計 115
5.3.4 循環程序設計 117
5.3.5 子程序 120
5.3.6 發聲程序 123
習題五 124
第6章 存儲器及管理技術 125
6.1 存儲器系統 125
6.2 半導體存儲器 126
6.2.1 內存儲器 126
6.2.2 隨機存取存儲器RAM 126
6.2.3 只讀存儲器ROM 128
6.2.4 內存儲器條 128
6.2.5 內存儲器的主要性能指標 129
6.3 虛擬存儲技術 130
6.3.1 虛擬存儲技術 130
6.3.2 分段存儲管理技術 131
6.3.3 分頁存儲管理技術 134
6.3.4 保護模式下的多任務處理 138
6.4 高速緩沖存儲器Cache 139
6.4.1 存儲體系 139
6.4.2 Cache存儲器結構 141
6.4.3 Cache性能 142
6.4.4 Cache存儲器映射 144
6.4.5 Cache存儲器寫策略 145
6.4.6 替換算法和替換規則 146
習題六 147
第7章 中斷 149
7.1 中斷的概念 149
7.1.1 概述 149
7.1.2 中斷系統 150
7.2 異常與中斷 151
7.2.1 中斷源的分類 151
7.2.2 中斷控制器 152
7.2.3 異常和中斷向量 152
7.3 允許及禁止中斷 153
7.3.1 不可屏蔽中斷對未來的不可屏蔽中斷的屏蔽 153
7.3.2 IF屏蔽INTR 154
7.3.3 恢復標志位RF 對調試故障的屏蔽 154
7.3.4 MOV和POP指令對堆棧段中某些異常和中斷的屏蔽 154
7.4 中斷描述符表 154
7.4.1 異常和中斷同時存在時的優先級 154
7.4.2 中斷描述符表IDT 155
7.4.3 中斷描述符表內的描述符 156
7.5 中斷任務和中斷過程 157
7.5.1 中斷過程 157
7.5.2 中斷任務 158
習題七 159
第8章 總線技術 160
8.1 總線的概念 160
8.1.1 概念 160
8.1.2 總線標準的特性 161
8.1.3 總線的分類 161
8.1.4 總線操作 162
8.2 總線周期 163
8.3 EISA局部總線 164
8.3.1 EISA 總線 164
8.3.2 高性能特征 166
8.3.3 EISA適配器 166
8.4 VESA局部總線 166
8.4.1 高速圖形適配器 166
8.4.2 總線頻率和數據傳送速率 167
8.4.3 DMA和中斷 167
8.4.4 VESA適配器 168
8.5 PCI局部總線 168
8.5.1 PCI局部總線的特征 168
8.5.2 即插即用（Plug and Play） 169
8.5.3 PCI標準化 169
8.5.4 PCI性能 170
8.5.5 PCI總線橋 170
8.5.6 PCI總線操作 171
8.5.7 總線命令 172
8.5.8 DMA和中斷 172
8.5.9 PCI適配器 173
8.5.10 PCI總線信號 173
8.6 高速圖形端口AGP 175
8.7 USB通用串行總線 176
8.7.1 USB接口 176
8.7.2 USB的特點 176
8.7.3 USB硬件 177
8.7.4 USB系統軟件 179
8.7.5 USB協議 179
8.7.6 USB傳輸過程 179
8.7.7 Windows 系統對USB的支持 179
習題八 179
第9章 輸入/輸出接口與控制 181
9.1 接口技術基礎 181
9.1.1 接口的基本功能 181
9.1.2 CPU和接口的數據傳輸方式 183
9.2 輸入/輸出控制 187
9.2.1 可編程中斷控制器 82C59A芯片 187
9.2.2 并行接口82C55A芯片 193
9.3 串行接口 198
9.3.1 串行數據的傳送方式 199
9.3.2 串行接口標準 200
9.3.3 RS-232C接口 201
9.3.4 通用可編程串行接口16550 203
9.4 SCSI接口 209
9.4.1 SCSI接口操作步驟 209
9.4.2 SCSI接口的操作信號 210
9.4.3 SCSI接口信息 211
9.4.4 SCSI接口命令 211
9.5 數/模（D/A）轉換器和模/數（A/D）轉換器 213
9.5.1 數/模轉換器 213
9.5.2 模/數轉換器 218
習題九 221
第10章 常用輸入輸出設備及接口 224
10.1 鍵盤及接口 224
10.1.1 鍵盤的結構 224
10.1.2 鍵盤的分類 225
10.1.3 鍵盤接口 226
10.2 鼠標器及接口 227
10.2.1 鼠標的分類 227
10.2.2 鼠標的接口 227
10.2.3 鼠標的工作原理 228
10.3 筆輸入設備及接口 229
10.3.1 筆輸入設備的組成 230
10.3.2 筆輸入設備的分類 230
10.4 掃描儀及接口 231
10.4.1 掃描儀的結構和工作原理 231
10.4.2 掃描儀的分類 231
10.4.3 掃描儀的接口 231
10.5 數字照相機及接口 232
10.5.1 數字照相機的基本結構 233
10.5.2 數字照相機的主要性能指標 233
10.5.3 數字照相機的分類 234
10.6 顯示器及接口 234
10.6.1 CRT顯示器 234
10.6.2 LCD液晶顯示器 235
10.6.3 顯示控制卡 236
10.6.4 VGA接口 236
10.7 聲音輸出設備及接口 237
10.7.1 聲卡 237
10.7.2 聲卡的結構和接口 238
10.8 打印機及其接口技術 239
10.8.1 打印機的基本工作原理 239
10.8.2 打印機的接口 240
習題十 242
第11章 高檔微處理器 244
11.1 高能奔騰——Pentium Pro 244
11.2 多能奔騰——Pentium MMX 245
11.3 二代奔騰——Pentium Ⅱ 247
11.4 多能奔騰二代——Pentium Ⅲ 250
11.5 Pentium 4 251
11.6 64位技術 254
11.7 雙核技術 257
11.7.1 雙核處理器 257
11.7.2 雙核技術的優勢 257
11.7.3 雙核微體系結構 258
習題十一 259
附錄 Pentium指令系統 260
參考文獻 271　　

1. 計算機硬件技術及應用基礎（上冊•微機原理部分） [鄒逢興 主 編]
2. 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]
3. 計算機硬件技術實驗教程 [張志勇 戴金波 主編]