本书从微型计算机系统的角度出发，介绍了微处理器、存储器、I／O接口和系统总线，分析了它们的结构、原理以及各部件之间的联系，突出时序分析与系统设计。本书以典型的16位微处理器Intel 8086为基础，帮助读者理解基本概念和基本工作原理；从分析80x86到Pentium系列微处理器的进化过程，引导读者了解虚拟存储、超标量流水线、指令分支预测、指令无序执行、MMX、PCI的入射波反射和PCI配置等先进技术。并以中断、DMA、Cache、存储管理、系统总线、异步接口等为重点，结合实例阐述微型计算机关键技术的要点和应用方法。
本书以Intel微处理器为背景，又不拘泥某一代处理器，在加深基本概念的基础上介绍最新技术。教材以基本概念为“基础”、以技术发展为“主线”、以关键技术为“重点”，特别加强对关键部件的逻辑与时序的分析，加强以基本概念为指导的系统扩充和设计案例分析，紧密结合实验教学，逐步培养学生具备计算机研发人员所必须掌握的资料阅读能力、时序分析及接口设计能力、系统设计编程及硬软件调试能力。
为便于学习，每章开始时均有导学说明，配有学习目标和学习重点，结束时有本章小结和习题，指明重点和难点。
本书适合作为高等院校计算机和信息技术专业本科生的教材，也可作为研究生及相关技术人员的参考资料。
第1章概述
1.1什么是微型计算机
1.2微型计算机系统的构成和性能评价
1.2.1微型计算机系统的基本组成
1.2.2微型计算机的性能描述
1.3微型计算机的发展概况
1.3.1Intel系列微处理器
1.3.2与Intel兼容的微处理器
本章小结
习题
第2章微处理器
2.18086微处理器
2.1.18086微处理器的结构
2.1.28086的引脚信号定义
2.1.3地址信号锁存和总线驱动
2.1.48086的总线操作
2.1.58086的存储器和I／O组织
2.1.68086的中断系统
2.2Pentium微处理器
2.2.1从8086到Pentium
2.2.2Pentium的结构特点
2.2.3超标量流水线
2.2.4分支指令的转移预测
2.2.5Pentium的工作模式
本章小结
习题
第3章寻址方式和指令系统
3.1寻址方式
3.1.18086的寻址方式
3.1.2机器语言指令的转换
3.1.31A结构处理器寻址方式的扩充
3.280x86指令系统
3.2.18086指令系统—
3.2.280x86的扩展指令
3.3微处理器编程
3.3.1模块化的编程方法
3.3.2使用键盘和显示器
本章小结
习题
第4章微处理器与I／O设备的数据传输方式以及数据传输的控制方式
4.1微处理器与I／O的数据传输方式与控制方式
4.1.1微处理器和外设之间数据的传输方式
4.1.2数据传输的控制方式
4.2中断系统与可编程中断控制器
4.2.1微计算机的中断系统
4.2.2可编程中断控制器8259A
4.2.3中断程序设计
4.2.4中断问题小结
4.3直接存储器存取(DMA)和DMA控制器
4.3.1DMA基本概念
4.3.2DMA控制器8237A
4.3.3DMA问题小结
本章小结
习题
第5章微型计算机与外设的接口技术及相关芯片
5.1I／O接口电路的一般组成
5.1.1异步接口的状态寄存器
5.1.2从输入接口的工作原理看结构
5.1.3异步输出接口的原理性结构
5.2并行接口与并行接口芯片
5.2.1并行接口电路
5.2.2可编程并行接口电路88-C55A
5.3串行通信与串行通信接口
5.3.1串行通信基础
5.3.2可编程串行通信接口8251A
5.3.3其他串行接口芯片
5.4模数、数模转换接口与数据采集
5.4.1一些术语
5.4.2D／A转换接口
5.4.3A／D转换接口
5.4.4数据采集
5.4.5A／D、D／A接口设计要点
本章小结
习题
第6章存储器系统和存储管理
6.1微型计算机的存储器系统
6.1.1半导体存储器
6.1.2微型计算机的存储器组织
6.1.3Cache基本概念回顾
6.2Pentium的Cache组织
6.2.1概述
6.2.2Pentium存储器系统的数据一致性
6.2.3Pentium内部数据Cache的访问
6.2.4Pentium的猝发访问
6.3存储管理
6.3.1存储器管理概述
6.3.2分段机制
6.3.3分页技术
本章小结
习题
第7章系统总线
7.1总线的一般概念
7.1.1总线的定义和总线的层次结构
7.1.2总线特征要素
7.1.3总线的电气性能
7.21SA总线
7.2.11SA总线概述
7.2.21SA总线时序
7.2.31SA总线扩展技术
7.3PCI总线
7.3.1PCI总线简介
7.3.2PCI总线信号
7.3.3PCI／ISA桥的负向译码
7.3.4PCI总线交易
7.3.5PCI总线仲裁
7.3.6PCI配置
本章小结
习题
第8章嵌入式系统
8.1嵌入式系统概述
8.1.1嵌入式系统的概念
8.1.2嵌入式系统的组成
8.1.3嵌入式系统的特点
8.2IntelXScalePXA250／PXA210简介
8.2.1IntelXScalePXA250产品特性
8.2.2IntelXScale核及其特性
8.2.3IntelXScalePXA250的集成功能部件
8.2.4IntelXScalePXA250的引脚信号功能
8.2.5存储器映射
8.3IntelXScalePXA250的指令系统
8.3.1ARM指令系统特点
8.3.2ARM指令的寻址方式
8.3.3ARM指令的条件执行
8.3.4ARM标准指令
8.3.5Thumb指令系统
8.4IntelXScalePXA250的功能扩展
8.4.1存储器扩展
8.4.2LCD应用连接
8.4.3AC97应用连接
本章小结
习题
第9章其他先进微处理器
9.1PentiumPro微处理器和指令的无序执行
9.1.1PentiumPro的总体结构
9.1.2指令执行流程
9.2PentiumⅡ处理器以及MMX功能
9.2.1PentiumII处理器的一般结构以及对PentiumPro的改进
9.2.2MMX技术
9.3PentiumⅢ与Pentium4微处理器的特点
9.3.1PentiumⅢ
9.3.2Pentium4
本章小结
习题
参考文献
微型计算机技术的发展十分迅猛。代表微型计算机技术发展的微处理器平均两年更新一代。新知识、新技术的不断涌现，要求计算机从业人员必须不断地学习。因此，不仅要使学生学到相关知识，更要注重培养学生学习新知识的能力，本书体现了作者在教学改革实践中的思想和体会。本书以Intel微处理器为背景，又不拘泥某一代处理器，在加深基本概念的基础上介绍最新技术。教材以基本概念为“基础”、以技术发展为“主线”、以关键技术为“重点”，特别加强对关键部件的逻辑与时序的分析，加强以基本概念为指导的系统扩充和设计案例分析，紧密结合实验教学，注重培养学生作为计算机研发人员所必须掌握的资料阅读能力、时序分析及接口设计能力、系统设计编程及硬软件调试能力。
教材按以下思路组织：以Intel 8086为背景，介绍CPU、指令系统、存储器、I／O接口和系统总线，讲述它们的结构、原理，突出时序分析与系统扩展，使学生掌握微型计算机的基本概念，这些内容是教材的基础；结合微处理器的发展历程，使学生了解微型计算机在性能和速度方面不断克服瓶颈效应，采用的新技术和方法，如80386的虚拟存储、Pentium的超标量流水线、指令分支预测、Pentium Pro的无序执行、MMX技术、PCI：总线的入射波反射技术和PCI配置等，将微型计算机的技术发展作为贯穿教材的主线；以微型计算机的关键技术，如Cache、存储管理、中断、DMA、系统总线、异步接口等，作为教材的重点，结合实例分析和实践，使学生熟练掌握微型计算机关键技术的要点和应用方法。此外，对嵌入式系统和先进微处理器也给予了介绍，以扩充学生的知识面。
本书共分9章，主要内容如下。
第1章作为学习本书的引言，说明本书所要讨论的主要内容和微型计算机的发展历程。介绍微型计算机系统的组成以及评价微型计算机性能的技术指标。
第2章全面介绍微处理器。首先以8086为基础，着重介绍微处理器的基本知识，包括微处理器的基本结构、微处理器各部件的功能和它们之间的关系、微处理器引脚信号定义、系统的配置方法，并通过对典型总线操作时序的分析，说明微处理器操作过程中各信号的作用。然后，介绍lA处理器的进化过程，尤其是通过对Pentium微处理器结构、超标量流水线和指令分支预测技术以及Pentium工作方式的分析，阐述微处理器采用的先进技术及其作用。
第3章系统介绍80x86系列微处理器的寻址方式和指令系统，并对汇编语言编程工具、伪操作以及汇编语言程序格式等作详细介绍。通过大量程序实例说明程序设计的基本方法，包括基本程序结构、宏汇编技术、中断程序设计、BIOS和DOS系统功能调用以及模块化程序设计方法。
第4章讨论微处理器与I／O设备的数据传输方式以及微处理器与I／O设备之间数据传输的3种控制方式：程序查询、中断和直接存储器存取(DMA)。重点讲解中断和DMA的基本概念，并通过剖析中断控制器与DMA控制器的结构、原理和具体应用实例，介绍它们与CPU、外设连接的设计方法和使用方法。
第5章讨论微型计算机与外设的接口技术及相关芯片。从分析I／O接口的一般结构出发，总结I／O接口特别是异步接口的主要功能和共同特性。在此基础上，分别介绍并行接口、串行接口、模数和数模接口及相关芯片。结合各自的特点，分析它们与微处理器、外设的连接方法和编程方法。从中归纳出系统扩充I／O通道的基本方法和一般规律。
第6章讨论微型计算机的存储器系统和存储管理；简单介绍存储器的分类、应用范围，存储器件和微处理器的连接方法。然后，以Pentium的Cache结构、存储器组织和访问机理为例，介绍Cache概念，Pentium存储器系统维护数据一致性方法。通过分析Pentium处理器不同的存储器访问操作，详细阐述处理器和Cache控制器的操作关系及相关时序。并介绍分段和分页的存储管理机制。
系统总线是微型计算机系统中的重要组成部分，第7章介绍系统总线的概念，以ISA总线为例，介绍信号组的定义和时序，以及如何根据总线的规范设计扩展接口。并对当今流行的PCI总线作详细分析，总结PCI总线的技术特点，特别是对PCI总线操作的信号和时序以及PCI／ISA桥的负向译码、PCI配置等概念作详细介绍。
第8章扼要介绍嵌入式系统。目前，嵌入式处理器已经成为各类微处理器中市场占有率最高、应用最广泛的一类产品。通过对最具代表性的ARM架构Int。l XScalePXA250应用处理器的分析，介绍嵌入式系统的基本组成结构、指令系统及特点、简单的外围部件扩展方法。
第9章简要介绍其他先进微处理器，包括PentiumPro指令的无序执行、PentiumⅡ的MMX技术、Intel NetBurst：微结构，展现先进IA-32微处理器采用的新技术以及微处理器日新月异的发展与变化。
为了适应各类读者，便于自学，各章开始均有导学说明，配有学习目标和学习重点，结束时有本章小结和习题，指明重点和难点。
本书可以作为高等院校计算机和信息技术专业的教材，也可作为研究生相关课程以及技术人员的参考资料。
袁开榜教授认真审阅了全书，并提出了许多宝贵意见，在此表示衷心感谢。
本书第1、2、4、5、6、7、9章由赵雁南编写，第3章由温冬婵编写，第8章由杨泽红编写，全书由赵雁南统稿。编写中出现的不足和错误，欢迎批评指正。
作 者
清华大学计算机科学与技术系
2004年10月
第二书店&China-pub战略联盟提供专业服务
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