微机原理与应用

微机原理和接口技术是工业控制的主要技术，是计算机应用的一个重要方面，也是自动控制、通信等专业的必修课程。随着科学技术的发展，微机已成为工业控制、数据采集、系统控制等各个领域不可缺少的重要工具。本书从微机原理和接口技术两个方面介绍了微机应用技术，教材中选用了大量典型应用实例，并使用C 语言给出了接口控制的方法和中断处理方法。

第1 章 现代微机系统结构原理..................................................................................... 1

1.1 计算机系统组成................................................................................................ 1

1.1.1 计算机基本结构......................................................................................2

1.1.2 微型计算机系统......................................................................................4

1.1.3 计算机的特点..........................................................................................9

1.1.4 计算机的应用........................................................................................10

1.2 计算机常用数制及编码.................................................................................. 11

1.2.1 二进制数................................................................................................11

1.2.2 二进制与其他数制................................................................................12

1.2.3 不同进制数之间的转换........................................................................13

1.2.4 二进制数的计算机表示........................................................................16

1.2.5 常见信息编码........................................................................................17

◆习题一◆............................................................................................................... 18

第2 章 指令系统与程序设计....................................................................................... 20

2.1 8086 / 8088 功能结构...................................................................................... 20

2.2 8086 / 8088 寄存器结构.................................................................................. 21

2.3 堆栈与存储器结构.......................................................................................... 24

2.3.1 堆栈........................................................................................................24

2.3.2 存储器结构............................................................................................24

2.4 8086 指令系统................................................................................................. 26

2.4.1 寻址方式................................................................................................26

2.4.2 8086 指令系统.......................................................................................32

2.5 汇编语言与汇编程序...................................................................................... 51

2.5.1 汇编程序上机过程................................................................................51

2.5.2 汇编语言源程序结构............................................................................52

2.5.3 汇编语言语句格式与分类....................................................................53

2.5.4 常量、变量、标号、运算符和表达式................................................54

2.5.5 伪指令....................................................................................................58

2.6 汇编程序设计.................................................................................................. 68

2.6.1 程序基本结构........................................................................................68

2.6.2 顺序程序设计........................................................................................69

2.6.3 分支程序设计........................................................................................70

2.6.4 循环程序设计........................................................................................74

2.6.5 子程序设计............................................................................................81

2.6.6 DOS 系统功能调用...............................................................................85

2.7 32 位指令集..................................................................................................... 87

2.7.1 32 位处理器寄存器结构.......................................................................87

2.7.2 32 位指令系统.......................................................................................88

2.7.3 32 位扩展指令的应用...........................................................................88

2.8 MMX 指令集................................................................................................... 92

2.8.1 MMX 指令概述.....................................................................................92

2.8.2 MMX 指令格式.....................................................................................93

2.8.3 MMX 程序设计.....................................................................................94

2.9 SSE 指令集...................................................................................................... 97

2.9.1 SIMD 浮点指令寄存器.........................................................................97

2.9.2 SSE 指令程序设计..............................................................................100

2.9.3 SSE2 指令系统....................................................................................100

◆习题二◆............................................................................................................. 101

第3 章 微机总线与总线时序..................................................................................... 103

3.1 微机总线的概念............................................................................................ 103

3.1.1 总线的特点与指标..............................................................................103

3.1.2 总线的结构..........................................................................................104

3.1.3 总线的分类..........................................................................................105

3.1.4 总线的数据传输方式..........................................................................106

3.2 处理器工作时序............................................................................................ 109

3.2.1 32 位处理器状态转换.........................................................................110

3.2.2 总线周期时序......................................................................................112

3.3 微机常用总线系统........................................................................................ 118

3.3.1 PC 总线................................................................................................118

3.3.2 USB 通用串行总线.............................................................................121

3.3.3 STD 工业控制总线.............................................................................125

3.3.4 现场总线技术......................................................................................127

◆习题三◆............................................................................................................. 129

第4 章 微机存储系统................................................................................................. 131

4.1 存储系统的层次结构.................................................................................... 131

4.2半导体存储器分类........................................................................................ 132

4.3 存储器主要指标............................................................................................ 134

4.4随机存储器RAM.......................................................................................... 135

4.4.1 半导体存储芯片结构..........................................................................135

4.4.2 静态随机存取存储器(SRAM).......................................................137

4.4.3动态随机存取存储器(DRAM) ......................................................141

4.4.4 动态RAM 的刷新...............................................................................145

4.5 只读存储器ROM.......................................................................................... 146

4.5.1 掩模式ROM........................................................................................146

4.5.2 PROM...................................................................................................147

4.5.3 EPROM................................................................................................147

4.5.4 EEPROM..............................................................................................150

4.5.5 Flash 存储器........................................................................................151

4.6 存储器系统控制............................................................................................ 153

4.7 现代存储器.................................................................................................... 157

4.7.1 内存条的构成......................................................................................157

4.7.2 EDO DRAM.........................................................................................158

4.7.3 SDRAM................................................................................................159

4.7.4 DDRAM...............................................................................................159

4.7.5 RAMBus 存储器..................................................................................160

4.8高速缓冲存储器Cache ................................................................................. 161

4.8.1 Cache 工作原理...................................................................................161

4.8.2 Cache 一致性问题...............................................................................162

4.8.3 微机Cache 系统..................................................................................163

4.9虚拟存储器.................................................................................................... 163

4.9.1 存储器管理方式..................................................................................164

4.9.2 微机的虚拟存储器..............................................................................165

◆习题四◆............................................................................................................. 166

第5 章 输入和输出..................................................................................................... 167

5.1 微机接口技术................................................................................................ 167

5.1.1 接口功能..............................................................................................168

5.1.2 接口信息..............................................................................................169

5.1.3 数据传送方式......................................................................................170

5.1.4 I/O 寻址方式........................................................................................172

5.1.5 PC 机I/O 地址分配.............................................................................173

5.1.6 I/O 地址译码方法................................................................................173

5.2 接口控制语言................................................................................................ 177

5.2.1 汇编语言I/O 指令...............................................................................178

5.2.2 C 语言I/O 语句...................................................................................178

◆习题五◆............................................................................................................. 179

第6 章 微机接口芯片................................................................................................. 180

6.1 PC 机中断系统.............................................................................................. 180

6.1.1 80X86 中断方式..................................................................................181

6.1.2 硬件中断优先权..................................................................................182

6.1.3中断向量表..........................................................................................184

6.1.4 8259A中断控制器..............................................................................184

6.1.5 中断编程应用......................................................................................189

6.2 8253 定时 / 计数器...................................................................................... 191

6.2.1 定时技术概述......................................................................................191

6.2.2 8253 工作原理.....................................................................................192

6.2.3 8253 工作方式.....................................................................................194

6.2.4 8253 编程与应用.................................................................................198

6.3 8255 并行接口............................................................................................... 200

6.3.1 8255 工作原理.....................................................................................201

6.3.2 8255 工作方式.....................................................................................204

6.4 8237DMA 控制器.......................................................................................... 216

6.4.1 DMA 概述............................................................................................216

6.4.2 8237 工作原理.....................................................................................217

6.4.3 DMA 控制器系统应用........................................................................224

◆习题六◆............................................................................................................. 228

第7 章 串行通信接口................................................................................................. 229

7.1 串行通信的基本概念.................................................................................... 229

7.1.1 概述......................................................................................................229

7.1.2 数据传送方式......................................................................................231

7.1.3 调制与解调..........................................................................................232

7.2 RS-232C 接口标准........................................................................................ 233

7.3 串行通信接口................................................................................................ 235

7.3.1 串行接口基本任务..............................................................................235

7.3.2 8251 功能特点.....................................................................................235

7.3.3 8251 寄存器与控制字.........................................................................238

7.3.4 8251 编程应用.....................................................................................239

7.4 PC 机异步通信接口...................................................................................... 241

◆习题七◆............................................................................................................. 242

第8 章 数模与模数转换............................................................................................. 243

8.1 D/A 转换接口................................................................................................ 243

8.1.1 D/A 转换原理......................................................................................243

8.1.2 D/A 转换器的特性及连接..................................................................244

8.1.3 DAC 典型连接.....................................................................................245

8.1.4 D/A 转换器应用..................................................................................249

8.2 A / D 转换接口.............................................................................................. 253

8.2.1 A/D 转换原理......................................................................................253

8.2.2 A/D 转换器特性..................................................................................255

8.2.3 A/D 转换电路......................................................................................255

8.2.4数据采集系统设计..............................................................................260

8.3 虚拟仪器技术................................................................................................ 264

◆习题八◆............................................................................................................. 266

参考文献......................................................................................................................... 268