作者：李鹏
出版社：电子工业出版社
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微机原理及应用试读：
前言
“微机原理及应用”是计算机、通信、自动化、测控仪器、机械制造及其自动化等专业一门十分重要的专业基础课程。编写本书的目的是让读者从理论和实践上掌握微型计算机的工作原理和汇编语言程序设计，掌握微机的组成结构和常用的接口技术，建立微型计算机系统的整体概念，了解当前微机的新技术与新理论，学会微机系统接口的设计方法及编程应用。培养学生初步具备微机硬、软件开发应用的能力，为相关后续课程的学习奠定良好的基础。在当今，微机中的CPU一般已经由单核更换为双核或四核，但是，其CPU仍然遵循IA-32结构；虽然出现了64位CPU，但是，微机中 32位CPU仍然占主导地位。因此，本书以32位系列微处理器为主线，保留经典的微机技术，增加计算机的新知识。为解决微机原理及应用教材覆盖知识面宽、教与学难度大的困惑，作者在编写教材过程中，注意到了由浅入深和内容结构优化组合的问题。
全书共11章，主要内容包括：
第1章 介绍了数字逻辑、基本的逻辑部件和计算机运算基础，对于具有先导课程作基础的学生，教师在教学计划中可以根据情况省略。
第2章 微型计算机系统概述，介绍了微型计算机系统组成，包括16位微机结构、32位微机结构，以及当前微机的分层结构、软件系统等，期望学生建立微型计算机的整体概念，明确下一步学习的要求。
第3章 微处理器，介绍了16位、32位微处理器、多核处理器，IA-32处理器的工作模式，Pentium微处理器的功能结构、引脚信号、总线周期、超标量流水线技术等。
第4章 将指令系统与汇编语言程序设计合成一章，包括16位、32位指令系统及汇编语言编程。本章配合大量程序例题，突出了重点，期望便于教学、让学生容易理解与掌握。
第5章 存储器技术，包括主存储器、外存储器和虚拟存储器技术等。主存储器包括SRAM、ROM、DRAM，16位、32位、64位微机的内存组织，高速缓冲存储器（Cache控制器82385和多核处理器的Cache）。外存包含硬盘和光盘存储器。
第6章 输入/输出接口技术及中断，将外设接口基本技术、DMA及中断系统整合成一章。内容丰富，包含I/O端口技术、16位与32位机输入/输出端口的译码、输入/输出传送数据的方式，DMA技术、可编程中断控制器82C59A、实模式的中断技术、保护模式的中断技术等。
第7章 微机的并行接口技术及应用，重点介绍了可编程并行接口芯片8255A及综合应用举例、微机的并行打印机接口技术。
第8章 定时/计数技术，主要介绍了可编程时间间隔定时器芯片82C54及应用举例，简单介绍了定时器/计数器8253。
第9章 微机的串行通信接口技术，介绍了可编程异步通信接口芯片INS8250及其编程、EIA RS-232-C串行通信接口标准、通用串行总线USB，还介绍了基于串行传输的键盘接口技术和鼠标接口技术。
第10章 模/数和数/模转换技术，重点介绍了D/A转换芯片DAC0832和DAC1210、A/D转换芯片ADC0809和AD574，并阐述了各芯片与计算机的硬件连接及软件编程。
第11章 总线技术，介绍了总线的基本知识，重点阐述了外部总线IDE、局部总线PCI和高速图形加速接口AGP。
本书每章都有适量的例题与习题，帮助读者巩固和应用学到的知识。建议理论教学安排48～54学时，实践教学根据实际情况，可安排10～18学时。为便于教师组织教学与学生自学，本书配有电子教案，读者可以登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）注册下载。
本书由李鹏主编，负责大纲的制定与统稿，并编写第1、4、6、8、10章。雷鸣编写第5章，白凯编写第7章，陈沅涛（长沙理工大学）编写第3、9章，许琼方（衡阳师范学院）编写第2、11章。赵立辉、林华、魏登峰、张健、徐阳等老师参加了编程、调试与校对等工作。
武汉大学甘良才教授（博导）对本书的编写和审稿付出了辛勤的劳动。衡阳师范学院李浪教授对本书的大纲提出了宝贵建议，武汉大学禹立老师给予了许多具体的指导与帮助。索蓉霞编辑仔细审阅与修改了全部书稿。在此一并表示最真诚的感谢！
由于时间仓促与编者的学识水平有限，疏漏和不当之处在所难免，敬请读者不吝指正，以便在今后的修订中加以改进。
编者
2014年1月第1章 数字电路基础与计算机运算基础1.1 逻辑代数的基本运算和逻辑门电路1.1.1 逻辑代数的基本运算规则和基本公式
逻辑代数是由常量（0、1）、逻辑变量集及“与”、“或”、“非”等逻辑运算符所构成的代数系统。
逻辑变量集是指逻辑代数中所有可能变量的集合，可以用任何字母表示，每个变量的取值只能为1或0，在逻辑运算中，1代表“真”，0代表“假”，在计算机系统中，往往用半导体器件的高电平和低电平（触发器的两个状态）表示。
1.逻辑代数的基本运算规则“与”运算（逻辑乘）：
0·0=0，0·1=0，1·0=0，1·1=1
A·0=0，A·1=A，A·A=A，=0“或”运算（逻辑加）：
0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=1
A+0=A，A+1=1，A+A=A，=1“非”运算（逻辑非）：，，
2.逻辑代数基本公式
交换律：
A+B=B+A， A·B=B·A
结合律：
A+（B+C）=（A+B）+C， （A· B）· C=A·（B· C）
分配律：
A·（B+C）=A·B+A·C，A+B·C=（A+B）·（A+C）
吸收律：
A+A · B=A， A ·（A+B）=A
反演律：，1.1.2 门电路
计算机所执行的逻辑运算、控制与传输等操作都是依据逻辑电路来完成的，逻辑电路包括组合逻辑电路和时序逻辑电路，它们都是由基本门电路组成的，基本门电路包括与门、或门、非门和异或门。逻辑电路具有输入和输出的功能，输入端和输出端均具有两个状态，即高电平和低电平，例如，高电平3.6V，低电平0.3V，在正逻辑的情况下，分别表示逻辑1和逻辑0。
1.“与门”电路“与门”电路具有两个或两个以上输入端和一个输出端，输出端的逻辑状态取决于两个或两个以上输入端实现逻辑乘运算的结果。2输入与门的真值表如表1-1所示，逻辑函数式是：
Y=A∧B，或Y=A?B，或简化为Y=AB，“与门”逻辑符号如图1-1（a）所示，“与”逻辑的实例见图1-1（b）。在图1-1（b）中，设开关A、B向下（接通）为1，向上（断开）为0，则只有当开关A、B均接通时，灯泡才点亮；灯泡点亮为1，熄灭为0。表1-1“与门”真值表图1-1“与门”逻辑符号和逻辑实例
由以上分析可以看出，逻辑函数式、真值表及逻辑符号（或逻辑电路图）分别都是表示逻辑关系的一种形式，即对于同一个命题（某一个逻辑关系），可以用其逻辑函数式表示，也可以用其真值表表示，还可以用其逻辑电路图表示，每一种表示都有其特定的功能。值得注意的是真值表，所谓真值表是根据命题（或逻辑关系式）中各变量的各种可能组合状态及对应的运算结果，用穷举法综合成的一个表，从表中可以看出输出函数与输入变量之间的逻辑关系，也可以利用它来求出逻辑表达式，并进行化简。
2.“或门”电路“或门”电路具有两个或两个以上输入端和一个输出端，输出端的逻辑状态取决于两个或两个以上输入端实现逻辑或运算的结果。2输入或门的真值表如表1-2所示，逻辑函数式是：
Y=A∨B，或Y=A+B“或门”逻辑符号如图1-2（a）所示，或逻辑的实例见图1-2（b）。在图1-2（b）中，设开关A、B接通为1，断开为0，则当开关A、B任意一个接通时，灯泡就点亮；灯泡点亮为1，熄灭为0。表1-2“或门”真值表图1-2“或门”逻辑符号和逻辑实例
3.“非门”电路“非门”电路具有一个输入端和一个输出端，输出端的逻辑状态是输入端逻辑状态的相反状态。“非门”的真值表如表1-3所示，逻辑函数式是：“非门”逻辑符号如图1-3（a）所示，非逻辑的实例见图1-3（b）。在图1-3（b）中，设开关A接通为1，断开为0，则当开关A断开时，灯泡就点亮，当开关A接通时，灯泡就熄灭；灯泡点亮为1，熄灭为0。表1-3“非门”真值表图1-3“非门”逻辑符号和逻辑实例
4.“异或门”电路“异或门”电路具有两个输入端和一个输出端，输出端的逻辑状态取决于两个输入端实现逻辑异或运算的结果。异或门的真值表如表1-4所示，逻辑函数式是：
Y=A⊕B“异或门”逻辑符号如图1-4（a）所示，异或逻辑的实例见图1-4（b）。
在图1-4（b）中，设开关A、B向上为1，向下为0，只有当开关A、B一个向上一个朝下时，灯泡就点亮；灯泡点亮为1，熄灭为0。表1-4“异或门”真值表图1-4“异或门”逻辑符号和逻辑实例
5.其他逻辑符号
在数字逻辑电路中，为了便于描述与识图，常采用图1-5所示的逻辑符号，图中描述了8种逻辑符号及其对应的逻辑表达式。图1-5 其他逻辑符号及其逻辑表达式1.1.3 逻辑运算
根据逻辑运算的规则，应用逻辑器件可以设计计算机中的逻辑运算部件，逻辑运算部件可以实现两个N位二进制数的运算，例如，逻辑“与”、逻辑“或”、逻辑“异或”等运算。
1.逻辑“与”运算
逻辑“与”运算又称逻辑乘运算，根据运用的场合不同，可以使用的运算符有：×、·、∧及AND等几种表达形式，“与”运算产生两个逻辑变量的逻辑积，两个N位二进制数实现逻辑与，其运算规则是两个N位二进制数中位权值相等的位相“与”，产生N位二进制数的逻辑积。【例1-1】 已知A=10101101，B=00001111，求Y=A·B。
2.逻辑“或”运算
逻辑“或”运算又称逻辑加运算，根据运用的场合不同，可以使用的运算符有：+、∨及OR等几种表达形式，“或”运算产生两个逻辑变量的逻辑或，两个N位二进制数实现逻辑或，其运算规则是两个N位二进制数中位权值相等的位相“或”，产生N位二进制数的逻辑或。【例1-2】 已知A=10101101，B=00001111，求Y=A+B。
3.逻辑“非”运算
逻辑“非”运算对单一的逻辑变量进行求反运算，为逻辑否定，逻辑1取反为逻辑0，逻辑0取反为逻辑1，如果对变量A取反，其运算符是在变量上边画一横线，用表达式表示为：Y=。对N位二进制数求反，是将N位二进制数中各位逐位取反，其结果就是原二进制数的反。【例1-3】 已知A=10101101，求。
4.逻辑“异或”运算
逻辑“异或”根据运用的场合不同，可以使用的运算符有：⊕、∀及XOR等几种表达形式，“异或”运算产生两个逻辑变量之间的“不相等”的逻辑加，两个N位二进制数实现逻辑异或，其运算规则是两个N位二进制数中位权值相等的位相“异或”，产生N位二进制数的逻辑异或。【例1-4】 已知A=10101101，B=00001111，求Y=A⊕B1.1.4 加法电路
1.一位全加器
一位全加器的逻辑电路如图1-6（a）所示，图1-6（b）是一位全加器的逻辑符号。从图1-6（a）中可以看出，A是被加数，B是加数，iiC是低一位相加后，向本位产生的进位，S 是本位和，C是本位相iii+1加后，向高位产生的进位信号。图1-6 一位全加器逻辑符号和逻辑电路
一位全加器的真值表如表1-5所示，从表中可以看出，真值表可以由1到多个输入变量和1到多个输出函数组成，一位全加器有3个输入变量和两个输出函数。表1-5 一位全加器的真值表
依据真值表中的内容，通过写最小项的方法，可以找出一位全加器的逻辑函数表达式，并且运用逻辑代数的基本运算规则和基本公式进行化简：
根据式（1-1）和式（1-2），设计出一位全加器的逻辑电路图如图1-6（a）所示。
2.串行进位的4位二进制数加法电路
用4个一位全加器构成串行进位的4位二进制数加法电路如图1-7所示。在图中，实现两个4位二进制数相加，即AAAA+BBBB=CSSSS。例如，1010+1011=10101，在结3210321043210果中，最高进位C=1，4位和SSSS=0101。43210图1-7 串行进位的4位二进制数加法电路1.2 基本逻辑部件
微型计算机中的基本逻辑部件主要有寄存器、计数器、译码器及三态缓冲器等，构成基本逻辑部件的基本单元电路则是各种门电路和触发器，触发器主要包括同步R-S触发器、D触发器、J-K触发器及T触发器等。逻辑部件的主要作用是对二进制数进行存储、传送及变换等。1.2.1 触发器
各类触发器都是由基本的门电路组成，触发器是具有记忆二进制数的基本逻辑电路，它有两个互补的输出端，它能接收、保持和输出二进制的信息。
1.基本R-S触发器
基本R-S触发器由两个与非门的输入输出端交叉连接构成，如图1-8所示。它是最简单的触发器，具有两个互补的输出端，一般触发器的输出级由它构成。两个输入端分别是和，其中，端被称为置位端，端被称为复位端，两个互补的输出端Q和分别称为原变量输出端和反变量输出端。当和分别为0和1时，则Q=1，。反之，当和分别为1和0时，则Q=0，。当和都为1时，触发器的状态保持不变。而当和都为0时，Q和都为1。一旦和都变成1时，则输出端的状态不确定。
2.同步R-S触发器
在基本R-S触发器中，触发器输出端的状态直接由输入端的状态来确定，没有控制信号的参与。在一般的触发器中，都有一个时钟脉冲信号CP（Clock Pulse）来控制触发器的翻转（或称触发）。有了时钟脉冲信号CP后，触发器的状态不是在输入信号（R，S）变化时立刻转换，而是只有在时钟脉冲信号CP到来后才触发。当然，触发器被触发后，可能翻转，也可能这次触发后，不翻转，即保持原状态不变。如果多个触发器使用同一个时钟脉冲，则多个触发器都在同一时刻触发，故称为同步R-S触发器。显然，前面的基本R-S触发器又可称为异步R-S触发器。
同步R-S触发器的逻辑图如图1-9所示，它由基本R-S触发器和两个与非门构成，时钟脉冲信号CP同时控制两个与非门的输入端，S端和R端分别位于Q和两边。图1-8 基本R-S触发器的逻辑图图1-9 同步R-S触发器的逻辑图
其工作原理分两种情况：第一，当时钟脉冲信号CP=0时，两个与非门的输入端均被封锁，即S和R端信号的状态不会影响两个与非
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]