计算机硬件技术基础（第2版）

　　计算机基础教育是面向非计算机类各专业学生的计算机教育。与其它传统的基础课（如数学、物理、化学、外语等）一样，计算机教育已成为大学本科生基础教学的重要组成部分。计算机基础教育大致可分为三个层次：即“计算机文化基础”、“计算机技术基础”和“计算机应用基础”。“计算机文化基础”课程是为了培养人们的“计算机意识”，使人们具备必要的计算机基础知识，掌握计算机的基本操作技能，以便于在未来信息化社会中更好地工作、学习和生活。“计算机技术基础”课程则是为同学们毕业后在各自专业领域从事一些计算机的应用开发工作，为今后进一步学习计算机软、硬件知识与技术打下一个较为全面的基础。而“计算机应用基础”课程则是针对当前计算机的主要应用领域，将那些通用的、具有普遍意义的内容传授给学生，使他们初步掌握计算机应用中一些必要的知识、方法、工具和技能。本书是上述第二层次——“计算机技术基础”中有关硬件方面的适用教材。本书以8086/8088CPU的16位微型计算机系统IBMPC/XT作为基础，介绍CPU的结构、指令系统、存储器及输入/输出接口电路。这一方面是因为对初学者来说，学习微型计算机硬件原理以此为起点较易入门；另一方面IBMPC/XT曾经是最具有代表性的主流机型，其设计思想、体系结构、接口芯片的安排及信号关系等仍被高等微型计算机设计者在设计时作为参考因素。由于Intel80X86系列机具有兼容性，因此了解它的工作原理后，有利于掌握微型计算机及其系统的概念，并为进一步学习和应用32位微型计算机打下良好的基础。本书是编者以清华大学非电专业“计算机硬件技术基础”课的讲稿为基础而编著的教材。讲课学时安排为48至64学时。内容取材上注意做到少而精；叙述方法上力图由浅入深、循序渐进；章节安排上尽量使之独立成章，供讲授时选择，以适应不同读者的需要。第10章及第1、9章部分内容是针对非计算机专业的特点而增加的自学参考知识。本书第1，2，4，9章由张菊鹏编写，第3，7，10章由沈永林编写，第5，6，8章由李芙英编写，全书由张菊鹏修改定稿。由于编者水平有限，书中难免存在错误及不妥之处，敬请读者提出宝贵意见

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第1章微型计算机基础知识1
1.1计算机中的数和编码系统1
1.1.1常用进位计数制1
1.1.2各种进位制数之间的转换3
1.1.3二进制数的运算4
1.1.4计算机中带符号数的表示 8
1.1.58位与16位二进制数的表示范围12
1.1.6计算机中数据单元表示法13
1.1.7计算机中字符的表示14
1.2微型计算机概述16
1.2.1微型计算机的基本结构16
1.2.2微型计算机的特点18
1.2.3微处理器、微型计算机和微型计算机系统19
1.38086/8088微处理器21
1.3.18086/8088的寄存器结构21
1.3.28086/8088的编程结构23
1.3.38086/8088的存储器组织24
1.3.48086/8088的I/O端口组织27
1.3.58086/8088的状态标志寄存器27
1.4IBM PC/XT的基本配置30第2章指令系统33
2.18086/8088的寻址方式33
2.1.1立即寻址33
2.1.2寄存器寻址34
2.1.3直接寻址34
2.1.4寄存器间接寻址35
2.1.5寄存器相对寻址(或称变址寻址) 35
2.1.6基址加变址寻址36
2.1.7相对的基址加变址寻址37
2.28086/8088指令系统的概貌37
2.2.1指令的基本构成37
2.2.2指令的执行时间42
2.38086/8088指令系统44
2.3.1数据传送指令45
2.3.2算术运算指令54
2.3.3逻辑运算和移位指令66
2.3.4串操作指令72
2.3.5控制转移指令76
2.3.6处理器控制指令83
2.4Intel 32位微处理器的寻址方式及指令系统84
2.4.1寻址方式85
2.4.2指令系统87第3章汇编语言程序设计97
3.1宏汇编基本语法98
3.1.1汇编语言程序举例98
3.1.2汇编语言源程序结构99
3.1.3数据项及表达式99
3.2指示性语句104
3.2.1变量定义语句104
3.2.2符号赋值语句106
3.2.3段定义语句106
3.2.4过程定义语句108
3.2.5程序模块定义109
3.3汇编语言程序设计概述110
3.3.1程序的质量标准110
3.3.2编制汇编语言程序的步骤111
3.3.3程序流程图111
3.4数据输入和输出112
3.4.1输入字符串112
3.4.2输出字符串114
3.5顺序程序设计114
3.6分支程序设计115
3.7循环程序设计119
3.8子程序设计124
3.8.1寄存器传送参数125
3.8.2利用变量传送参数126
3.8.3利用地址表传送参数129
3.8.4利用堆栈传送参数130
3.9常见程序及软中断程序设计132
3.9.1常见程序设计132
3.9.2软中断程序设计137
3.10宏汇编和条件汇编140
3.10.1宏汇编140
3.10.2条件汇编144
3.1180X86汇编语言程序设计145
3.11.1概述145
3.11.2源程序的基本格式145
3.11.3程序设计举例146第4章8088的总线周期和时序148
4.1总线周期的概念148
4.1.1总线周期的定义148
4.1.2基本总线周期举例149
4.1.3总线空闲周期150
4.28088的工作模式和引脚功能151
4.2.18088的两种工作模式151
4.2.28088的引脚和功能153
4.3最小模式下的8088时序158
4.3.18088的读周期时序158
4.3.28088的写周期时序159
4.3.3中断响应周期时序160
4.3.48088的复位时序160
4.3.5总线保持请求与保持响应的时序161
4.3.6最小模式下的交流参数162
4.4最大模式下的8088时序165
4.4.1总线控制器8288166
4.4.2最大模式下的读周期时序168
4.4.3最大模式下的写周期时序169
4.4.4最大模式下的交流参数170
4.5IBM PC/XT中的CPU子系统174
4.5.1时钟发生器8284A174
4.5.28088与8284A，8288的配合工作176
4.5.3系统的等待逻辑电路178第5章半导体存储器及其接口181
5.1概述181
5.1.1存储器分类181
5.1.2多层次存储器结构184
5.1.3主存储器的结构184
5.1.4存储器的主要性能指标185
5.2存储器芯片186
5.2.1存储器与CPU总线相关的信号线186
5.2.2存储器芯片外特性187
5.2.3微机内存（主存）的构成200第6章输入／输出和中断控制器212
6.1I／O端口地址的译码技术212
6.1.1I／O端口的寻址方式212
6.1.2输入输出指令213
6.1.3端口地址译码214
6.2CPU与I／O之间的接口217
6.2.1CPU与I／O之间的接口信号217
6.2.2接口部件的I／O端口218
6.3CPU与外设之间的数据传送方式218
6.3.1无条件传送方式218
6.3.2查询方式220
6.3.3中断传送方式223
6.3.4直接存取存储器传送方式(DMA)236
6.4BIOS和DOS中断239
6.58259A可编程中断控制器247
6.5.18259A的编程结构和工作原理247
6.5.28259A的引脚249
6.5.38259A的工作方式249
6.5.48259A编程252
6.5.58259A在系统中的连接261
6.5.6中断举例261第7章常见接口电路264
7.1接口电路功能及总线264
7.1.1接口电路功能264
7.1.2接口和系统的连接265
7.1.3微机系统的标准总线265
7.1.4XT总线266
7.1.5ISA总线268
7.1.6PCI总线269
7.2可编程定时器8253275
7.2.1概述275
7.2.28253的结构和工作原理275
7.2.3编程命令277
7.2.4工作方式279
7.2.58253在PC/XT中的使用283
7.3可编程并行接口8255A284
7.3.18255A的结构285
7.3.28255A控制字287
7.3.38255A工作方式0289
7.3.48255A工作方式1292
7.3.58255A工作方式2295
7.3.6读状态字298
7.3.78255A应用举例298
7.4串行通信301
7.4.1概述301
7.4.2串行通信的几个问题302
7.4.3串行通信的接口标准304
7.5可编程串行通信接口8251A307
7.5.18251A的基本性能307
7.5.28251A的工作原理307
7.5.38251A的对外连接信号309
7.5.48251A的编程312
7.5.58251A应用举例314318
8.1概述318
8.2数/模转换器319
8.2.1数/模转换器的原理319
8.2.2数/模转换器的技术性能321
8.2.3典型的数/模转换器及CPU与D/A芯片的连接323
8.2.4数/模转换器的应用328
8.3模/数转换器329
8.3.1模/数转换器分类及工作原理330
8.3.2模/数转换器的技术指标334
8.3.3常用模/数转换器与系统的连接要注意的几个问题335
8.3.4几种常用的A/D芯片336
8.4微机系统的数据采集354
8.4.1多路开关及其芯片355
8.4.2采样保持电路及其芯片358
8.4.3微机系统的数据采集363366
9.1有关技术名词366
9.1.1CISC和RISC366
9.1.2计算机流水线（computer pipeline）367
9.1.3虚拟存储器（virtual memory）367
9.1.4高速缓冲存储器（cache）368
9.280386微处理器368
9.2.180386的内部功能结构368
9.2.280386的三种工作方式369
9.2.380386的寄存器结构370
9.2.480386的存储管理和保护机制375
9.2.580386的中断379
9.380486微处理器382
9.4Pentium微处理器383
9.5Pentium Pro微处理器3850章计算机常用外部设备386
10.1概述386
10.2键盘387
10.3鼠标及扫描仪390
10.3.1鼠标390
10.3.2扫描仪391
10.4显示器及触摸屏392
10.4.1CRT显示器工作原理392
10.4.2显示器接口393
10.4.3液晶显示397
10.4.4触摸屏399
10.5打印机400
10.5.1点阵打印机400
10.5.2激光打印机404
10.6绘图机405
10.7软磁盘存储器407
10.7.1概述407
10.7.2软磁盘驱动器结构409
10.7.3软磁盘控制器409
10.7.4软磁盘信息组织413
10.8硬盘存储器414
10.8.1硬盘机的结构和工作原理414
10.8.2硬盘机接口417
10.8.3硬盘控制器422
10.8.4硬盘使用的准备423
10.9光盘存储器424
10.9.1光盘424
10.9.2光盘驱动器425附录18086／8088指令系统表427
附录2BIOS功能调用439
附录3DOS功能调用(INT 21H)443参考文献448