微型計算機原理與接口技術(shù)（微課版）

普通高等教育“十三五”規(guī)劃教材

微型計算機原理與接口技術(shù)

（微課版）

馬靜王建國主編

徐萬羅王河媛茹媛副主編

內(nèi)容簡介

本書由主講微型計算機原理與接口技術(shù)的教師團隊，在總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合微型

計算機技術(shù)的最新發(fā)展編寫而成。主要內(nèi)容包括：微型計算機系統(tǒng)的概念和原理、Intel8086/8088

系列微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計、存儲器系統(tǒng)、輸入與輸出、中斷控制

技術(shù)、并行接口、可編程定時器/計數(shù)器、串行通信接口以及模/數(shù)與數(shù)/模轉(zhuǎn)換。書中重點難點部

分配有講解視頻，并有在線課程供學(xué)生學(xué)習(xí)。

本書條理清晰、講解透徹、語言流暢、理論與實踐相結(jié)合，并配有諸多應(yīng)用實例，力求培養(yǎng)

學(xué)生具備作為科研人員應(yīng)掌握的資料閱讀能力、接口設(shè)計能力、系統(tǒng)設(shè)計與編程實現(xiàn)能力以及軟、

硬件調(diào)試能力。

本書適合作為普通高等院校電子類、計算機類專業(yè)的教材，也可以作為其他工科類本科生的

教材，還可作為學(xué)習(xí)和從事微型計算機系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用的科技人員的參考用書。

圖書在版編目（CIP）數(shù)據(jù)

微型計算機原理與接口技術(shù)：微課版/馬靜，王建國主編．—

北京：中國鐵道出版社有限公司，2019.9（2020.7重印）

普通高等教育“十三五”規(guī)劃教材

ISBN978-7-113-26090-3

Ⅰ.①微…Ⅱ.①馬…②王…Ⅲ.①微型計算機－理論－

高等學(xué)校－教材②微型計算機－接口技術(shù)－高等學(xué)校－教材

Ⅳ.①TP36

中國版本圖書館CIP數(shù)據(jù)核字（2019）第164163號

書名：微型計算機原理與接口技術(shù)（微課版）

作者：馬靜王建國

策劃：唐旭編輯部電話：（010）63549508

責(zé)任編輯：陸慧萍彭立輝

封面設(shè)計：劉穎

責(zé)任校對：張玉華

責(zé)任印制：樊啟鵬

出版發(fā)行：中國鐵道出版社有限公司（100054，北京市西城區(qū)右安門西街8號）

網(wǎng)址：http:///51eds/

印刷：北京銘成印刷有限公司

版次：2019年9月第1版2020年7月第2次印刷

開本：787mm×1092mm1/16印張：21字數(shù)：480千

書號：ISBN978-7-113-26090-3

定價：58.00元

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購買鐵道版圖書，如有印制質(zhì)量問題，請與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調(diào)換。電話：（010）63550836

打擊盜版舉報電話：（010）51873659

前言

微型計算機的應(yīng)用已經(jīng)深入到科學(xué)計算、信息處理、工業(yè)控制、儀器/儀表制造、

多媒體信息處理以及通信網(wǎng)絡(luò)等各個方面。微處理器字長從4位、8位、16位發(fā)展到64位；

集成度從Intel4004的2000個晶體管/片，發(fā)展到IntelCore2的2.91億個晶體管/片，工作

頻率從最初的0.5MHz提高到3.2GHz。

在高等教育的課程體系中，“微型計算機原理與接口技術(shù)”除了被設(shè)置為計算機類、

電子類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程外，近年來，絕大多數(shù)工科專業(yè)也將其列為專業(yè)基礎(chǔ)課，作

為后續(xù)學(xué)習(xí)計算機相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)。為了便于學(xué)生的學(xué)習(xí)，我們組織了一個多年從事該

門課程教學(xué)的教師團隊，在總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合微型計算機技術(shù)的最新發(fā)

展，編寫了本書。同時，書中相關(guān)重點難點部分，配有教師的視頻講解，并設(shè)計開發(fā)了

“微機原理與應(yīng)用”在線課程，幫助學(xué)生進一步深化學(xué)習(xí)。學(xué)生掃描二維碼，即可進行

觀看。

Intel8086/8088是典型的16位微處理器，雖然現(xiàn)在微處理器發(fā)展到了64位，功能也

有了極大的提高，但是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想、指令系統(tǒng)、芯片連接、接口處理方式、

信號時序關(guān)系都成為Intel80x86系列微處理器設(shè)計時的參考對象，以保持對其兼容。基

于這些原因，本書以典型微處理器Intel8086/8088為背景，以基本概念為基礎(chǔ)，以微型

計算機的組成為主線，以關(guān)鍵技術(shù)為重點，以具體技術(shù)應(yīng)用為實例，重點講解微型計算

機系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論知識和關(guān)鍵技術(shù)，有利于學(xué)生理解微型計算機系統(tǒng)的基本構(gòu)成和工作

原理；通過具體的應(yīng)用實例培養(yǎng)學(xué)生作為科研人員應(yīng)掌握的資料閱讀能力、接口設(shè)計能

力、系統(tǒng)設(shè)計與編程實現(xiàn)能力以及軟、硬件調(diào)試能力。

本書的特色：在編寫團隊方面，由多位主講微型計算機原理與接口技術(shù)的教師，在

總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上編寫而成；在內(nèi)容方面，根據(jù)西安工業(yè)大學(xué)“微型計算機原

理與接口技術(shù)”精品課程的教學(xué)內(nèi)容進行組織，并結(jié)合微型計算機技術(shù)的最新發(fā)展，同

時運用一些教改項目的成果，使內(nèi)容保持系統(tǒng)性和先進性；在理論和實踐方面，既注重

微型計算機系統(tǒng)的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)的講解，也注重實踐環(huán)節(jié)，力求將理論與實踐相

結(jié)合；在書中列舉了大量的應(yīng)用實例，對關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用進行了詳細講解（配有視頻）。

本書共分11章，主要內(nèi)容包括：微型計算機系統(tǒng)的概念和原理、Intel8086/8088系

列微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計、存儲器系統(tǒng)、輸入與輸出、中

斷控制技術(shù)、并行接口、可編程定時器/計數(shù)器、串行通信接口以及模/數(shù)與數(shù)/模轉(zhuǎn)換。

II微型計算機原理與接口技術(shù)（微課版）

本書由馬靜、王建國任主編，徐萬羅、王河媛、茹媛任副主編。其中：第1～7章由

馬靜編寫，第8章由王河媛編寫，第9～11章由徐萬羅、茹媛編寫。全書由王建國統(tǒng)籌

設(shè)計、統(tǒng)稿和定稿。

由于時間倉促，編者水平有限，書中難免存在疏漏與不妥之處，歡迎廣大讀者批評

指正。

編者

西安工業(yè)大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院

2019年5月

目錄

第1章微型計算機概述................................................................................................................1

1.1微型計算機系統(tǒng)概述......................................................................................................................1

1.1.1微型計算機的特點和發(fā)展.................................................................................................1

1.1.2微型計算機的分類.............................................................................................................3

1.1.3微型計算機的應(yīng)用.............................................................................................................3

1.2計算機中的數(shù)與編碼方法..............................................................................................................5

1.2.1數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換.................................................................................................................5

1.2.2二進制編碼.........................................................................................................................6

1.2.3二進制數(shù)運算.....................................................................................................................6

1.2.4二進制帶符號數(shù)表示法.....................................................................................................7

1.3微處理器、微型計算機和微型計算機系統(tǒng)..................................................................................8

1.3.1微處理器.............................................................................................................................8

1.3.2微型計算機.........................................................................................................................8

1.3.3微型計算機系統(tǒng).................................................................................................................9

1.4微型計算機的性能指標..................................................................................................................9

習(xí)題........................................................................................................................................................10

第2章微處理器.........................................................................................................................12

2.1微處理器的基本結(jié)構(gòu)....................................................................................................................12

2.1.1運算部分...........................................................................................................................13

2.1.2控制部分...........................................................................................................................13

2.1.3寄存器組...........................................................................................................................13

2.28086的功能結(jié)構(gòu)...........................................................................................................................13

2.2.1總線接口單元...................................................................................................................14

2.2.2執(zhí)行單元...........................................................................................................................15

2.38086的寄存器結(jié)構(gòu).......................................................................................................................16

2.3.1數(shù)據(jù)寄存器.......................................................................................................................16

2.3.2段寄存器...........................................................................................................................17

2.3.3地址指針與變址寄存器...................................................................................................17

2.3.4控制寄存器.......................................................................................................................17

2.48086的存儲器組織.......................................................................................................................19

2.58086的引腳信號和工作模式.......................................................................................................21

2.5.18086的引腳信號..............................................................................................................21

II微型計算機原理與接口技術(shù)（微課版）

2.5.28086的工作模式..............................................................................................................23

2.68086的操作時序...........................................................................................................................28

2.7總線系統(tǒng)........................................................................................................................................32

2.7.1總線的概念.......................................................................................................................32

2.7.2總線標準...........................................................................................................................32

2.7.3總線的分類.......................................................................................................................33

2.7.4總線的性能指標...............................................................................................................34

2.7.5總線的定時.......................................................................................................................34

2.7.6總線的操作過程...............................................................................................................35

2.7.7總線有關(guān)的芯片...............................................................................................................36

2.7.88086在最小模式下的系統(tǒng)總線形成...............................................................................38

2.7.98086在最大模式下的系統(tǒng)總線形成...............................................................................39

習(xí)題........................................................................................................................................................42

第3章指令系統(tǒng).........................................................................................................................44

3.1匯編語言簡介................................................................................................................................44

3.28086的數(shù)據(jù)尋址方式...................................................................................................................45

3.2.1立即數(shù)尋址方式...............................................................................................................46

3.2.2寄存器尋址方式...............................................................................................................46

3.2.3直接尋址方式...................................................................................................................47

3.2.4寄存器間接尋址方式.......................................................................................................48

3.2.5寄存器相對尋址方式.......................................................................................................48

3.2.6基址變址尋址方式...........................................................................................................49

3.2.7相對基址變址尋址方式...................................................................................................50

3.2.8隱含尋址...........................................................................................................................52

3.3與轉(zhuǎn)移地址有關(guān)的尋址方式........................................................................................................52

3.3.1段內(nèi)直接尋址方式...........................................................................................................52

3.3.2段內(nèi)間接尋址方式...........................................................................................................53

3.3.3段間直接尋址方式...........................................................................................................53

3.3.4段間間接尋址方式...........................................................................................................54

3.4數(shù)據(jù)傳送類指令............................................................................................................................54

3.4.1基本傳送指令...................................................................................................................54

3.4.2堆棧操作指令...................................................................................................................56

3.4.3地址傳送指令...................................................................................................................58

3.4.4其他數(shù)據(jù)傳送類指令.......................................................................................................59

3.4.5輸入/輸出指令..................................................................................................................60

3.5算術(shù)運算類指令............................................................................................................................61

3.5.1加法指令...........................................................................................................................61

目錄III

3.5.2減法指令...........................................................................................................................62

3.5.3乘法指令...........................................................................................................................64

3.5.4除法指令...........................................................................................................................65

3.5.5符號擴展指令...................................................................................................................66

3.6位操作類指令................................................................................................................................67

3.6.1邏輯運算指令...................................................................................................................67

3.6.2移位指令...........................................................................................................................69

3.6.3循環(huán)移位指令...................................................................................................................71

3.7控制轉(zhuǎn)移類指令............................................................................................................................72

3.7.1無條件轉(zhuǎn)移指令...............................................................................................................72

3.7.2條件轉(zhuǎn)移指令...................................................................................................................73

3.7.3循環(huán)指令...........................................................................................................................75

3.7.4子程序指令.......................................................................................................................77

3.7.5中斷指令...........................................................................................................................78

3.8串操作指令....................................................................................................................................79

3.9處理器控制類指令........................................................................................................................82

習(xí)題........................................................................................................................................................83

第4章匯編語言程序設(shè)計...........................................................................................................85

4.1匯編語言概述................................................................................................................................85

4.2匯編語言數(shù)據(jù)................................................................................................................................87

4.2.1常數(shù)...................................................................................................................................87

4.2.2變量...................................................................................................................................87

4.2.3標號和名字.......................................................................................................................88

4.2.4表達式...............................................................................................................................88

4.3匯編語言偽指令............................................................................................................................91

4.3.1數(shù)據(jù)定義偽指令...............................................................................................................91

4.3.2符號定義偽指令...............................................................................................................92

4.3.3段定義偽指令...................................................................................................................93

4.3.4過程定義偽指令...............................................................................................................94

4.4匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)................................................................................................................95

4.4.1程序返回DOS的方法......................................................................................................95

4.4.2順序程序設(shè)計...................................................................................................................96

4.4.3分支程序設(shè)計...................................................................................................................99

4.4.4循環(huán)程序設(shè)計.................................................................................................................102

4.4.5子程序設(shè)計.....................................................................................................................106

4.5匯編語言上機過程......................................................................................................................113

4.5.1匯編語言上機環(huán)境.........................................................................................................114

IV微型計算機原理與接口技術(shù)（微課版）

4.5.2匯編語言程序上機步驟.................................................................................................117

4.6DOS和BIOS功能調(diào)用...............................................................................................................121

習(xí)題......................................................................................................................................................126

第5章存儲器系統(tǒng)...................................................................................................................128

5.1存儲器概述..................................................................................................................................128

5.1.1存儲器的分類.................................................................................................................128

5.1.2存儲器的主要技術(shù)指標.................................................................................................131

5.1.3存儲器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu).................................................................................................132

5.1.4內(nèi)存儲器的一般結(jié)構(gòu).....................................................................................................133

5.2靜態(tài)隨機存儲器..........................................................................................................................134

5.2.1SRAM基本單元..............................................................................................................135

5.2.2SRAM芯片Intel2114.....................................................................................................135

5.2.3SRAM存儲器芯片Intel6264.........................................................................................137

5.2.4SRAM存儲器與系統(tǒng)總線的連接..................................................................................140

5.3動態(tài)隨機存儲器..........................................................................................................................141

5.3.1DRAM基本單元.............................................................................................................141

5.3.2DRAM存儲器芯片Intel2164A......................................................................................142

5.3.3DRAM與系統(tǒng)的連接.....................................................................................................146

5.4只讀存儲器..................................................................................................................................147

5.4.1可編程只讀存儲器（PROM）.......................................................................................147

5.4.2可擦除可編程只讀存儲器（EPROM）.........................................................................148

5.4.3電可擦除可編程只讀存儲器（EEPROM）..................................................................150

5.5存儲器擴展技術(shù)..........................................................................................................................151

5.5.1存儲器的擴展.................................................................................................................151

5.5.2存儲器片選信號的產(chǎn)生.................................................................................................156

5.5.3存儲器芯片與CPU的連接............................................................................................157

5.6外存儲器簡介..............................................................................................................................158

5.6.1硬盤.................................................................................................................................158

5.6.2光存儲設(shè)備.....................................................................................................................160

5.6.3USB閃存盤.....................................................................................................................161

習(xí)題......................................................................................................................................................163

第6章輸入與輸出...................................................................................................................164

6.1輸入/輸出接口概述.....................................................................................................................164

6.1.1接口的主要功能.............................................................................................................165

6.1.2接口的基本結(jié)構(gòu).............................................................................................................166

6.1.3輸入/輸出端口的編址....................................................................................................167

目錄V

6.2數(shù)據(jù)傳送方式..............................................................................................................................168

6.2.1無條件傳送.....................................................................................................................168

6.2.2查詢傳送.........................................................................................................................169

6.2.3中斷傳送.........................................................................................................................171

6.2.4DMA傳送........................................................................................................................172

6.3DMA控制器8237A.....................................................................................................................173

6.3.1DMA傳送的工作原理....................................................................................................173

6.3.2Intel8237A的內(nèi)部結(jié)構(gòu).................................................................................................175

6.3.3Intel8237A的外部引腳.................................................................................................176

6.3.4Intel8237A的工作方式.................................................................................................178

6.3.5Intel8237A的工作時序.................................................................................................180

6.3.6Intel8237A的內(nèi)部寄存器..............................................................................................182

6.3.7Intel8237A的編程應(yīng)用.................................................................................................189

習(xí)題......................................................................................................................................................191

第7章中斷控制技術(shù)................................................................................................................193

7.1中斷系統(tǒng)概述..............................................................................................................................193

7.1.1基本概念.........................................................................................................................193

7.1.2中斷源的識別.................................................................................................................195

7.1.3中斷嵌套.........................................................................................................................196

7.28086中斷系統(tǒng).............................................................................................................................198

7.2.1外部中斷............