【现货速发】计算机硬件技术基础(高等学校计算机基础教育教材精选)
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作者迟丽华、喻梅
出版社清华大学出版社
ISBN9787302515609
出版时间2019-01
装帧平装
开本16开
定价39.9元
货号26509660
上书时间2025-01-07
商品详情
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前言
前言
计算机硬件技术基础本书是为高校非计算机专业的本科生学习计算机硬件知识编写的教材，适合作为计算机公共基础课程“计算机硬件技术基础”的教材。为了跟进计算机硬件技术的新发展，在教材中体现计算机硬件的新知识、新技术、新功能，贯彻*提出的适应发展的新工科教育理念，对原有教材《微型计算机硬件技术基础》（清华大学出版社出版）做了修改，推出此版新教材《计算机硬件技术基础》，删除原有的一些内容，增加了新内容，不仅可以使学生掌握计算机硬件的基础知识、基本技术和基本应用，同时可使学生开阔视野，了解计算机硬件技术的新发展，提高利用计算机硬件知识解决问题的思维方式和实践能力，更好地利用计算机解决问题。
本书的内容符合高校非计算机专业对计算机硬件知识的要求，编著方式适合这类学生的认知习惯和理解能力，内容由浅入深，文字通俗易懂，注重理论联系实际，贴近实际应用。
全书共8章。第1章介绍计算机系统的硬件组成、工作原理、逻辑部件、数据计算等基础知识。第2章介绍处理器，包括基础的16位微处理器和现代先进的32位、64位、多核微处理器，主要讲解它们的基本结构、组成部件、工作原理以及采用的新技术。第3章介绍指令系统，并给出使用例子。第4章通过实例介绍汇编语言与程序设计。第5章介绍总线技术。第6章介绍存储器的分类、管理和使用。第7章介绍输入输出技术，包括输入输出接口、中断技术等内容。第8章介绍常用的接口芯片，包括计数/定时芯片、数/模转换芯片、模/数转换芯片、并行接口芯片和串行接口芯片等，通过实例说明芯片的功能和用法。每章都配备有多种类型的习题，并在附录中给出答案，有助于学生归纳教学内容，测试学习结果。
全书由迟丽华策划、主编、统稿，喻梅和李英慧参加编写。由于作者水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请广大读者批评指正。作者联系方式是chilihua@tju.edu.cn。可在清华大学出版社的网站下载本书的PPT课件。
作者
2018年12月于天津大学计算机硬件技术基础
导语摘要
面向高校非计算机专业的本科生，内容不仅包括计算机硬件的基础知识，基本技术和基本应用，而且由浅入深地介绍了计算机硬件发展中的新知识、新技术。 主要内容包括：计算机的组成、工作原理、数制、计算等基础知识；8086/8088、80X86、Pentium(奔腾)微处理器的基本结构、工作原理、技术等；总线的基本概念和常用总线标准等；存储器的分类、组织、管理和使用；输入输出技术；采用实例说明寻址方式、指令系统、汇编语言程序设计；实例说明常用接口芯片(计数/定时芯片8254、串行接口芯片8250、数模转换芯片、模数转换芯片)的功能和用法。给出大量图例、程序实例，每章配备习题，并给出习题答案。
作者简介
主编迟丽华是天津大学计算机学院教师、计算机硬件技术基础课程的负责人。近出版教材
《大学计算机基础教程》《大学计算机基础教程实验指导》。
目录目录
计算机硬件技术基础第1章计算机的基础知识1
1.1计算机系统的硬件组成1
1.1.1一般计算机系统的硬件组成1
1.1.2微型计算机系统的硬件组成2
1.1.3嵌入式计算机系统的硬件组成3
1.1.4主要的性能指标4
1.1.5基本的逻辑部件5
1.1.6计算机的基本工作原理8
1.2数制转换与数据运算9
1.2.1数制转换9
1.2.2二进制数的数据范围11
1.2.3二进制数的逻辑运算11
1.3符号二进制数的表示与运算12
1.3.1符号二进制数的表示方法12
1.3.2符号二进制数的运算13
1.3.3小数的表示15
1.4字符的编码16
1.4.1BCD编码16
1.4.2ASCII编码17
习题19
第2章微处理器22
2.1微处理器基础22
2.1.1微处理器发展概述22
2.1.2内部寄存器22
2.1.3功能结构26
2.1.4并行工作方式27计算机硬件技术基础目录2.1.5引脚说明28
2.1.6工作时序31
2.1.7存储器的管理方式32
2.2现代微处理器技术34
2.2.132位与64位微处理器简介34
2.2.2主要组成部件35
2.2.3外部引脚与内部寄存器36
2.2.4工作模式39
2.2.5多核处理器简介41
习题42
第3章指令系统45
3.1指令系统概述45
3.1.1指令的格式45
3.1.2指令字长与指令的执行时间46
3.2操作数的寻址方式47
3.2.1立即寻址47
3.2.2寄存器寻址48
3.2.3存储器寻址49
3.3指令系统53
3.3.1数据传送指令53
3.3.2算术运算指令57
3.3.3逻辑运算指令64
3.3.4移位指令66
3.3.5字符串操作指令72
3.3.6程序控制指令76
3.3.7系统功能调用指令83
3.3.8处理器控制指令86
习题86
第4章汇编语言与程序设计91
4.1汇编语言基础91
4.1.1汇编语言程序的设计步骤91
4.1.2汇编语言源程序的结构92
4.1.3汇编语言的语句格式93
4.2常用伪指令94
4.2.1定义段的伪指令94
4.2.2指定段寄存器的伪指令95
4.2.3定义过程的伪指令96
4.2.4定义变量的伪指令97
4.2.5定义符号的伪指令99
4.3汇编语言程序设计99
4.3.1顺序结构99
4.3.2分支结构101
4.3.3循环结构103
4.3.4子程序108
习题109
第5章总线技术115
5.1总线的基本概念115
5.1.1总线的分类115
5.1.2总线的结构116
5.1.3总线的基本功能及性能指标118
5.2常用的总线标准121
5.2.1系统总线122
5.2.2外部总线124
习题127
第6章存储器130
6.1概述130
6.1.1存储层次130
6.1.2主要指标131
6.2半导体存储器132
6.2.1只读存储器132
6.2.2随机存取存储器133
6.3存储芯片与系统的连接方式136
6.3.1全地址译码方式137
6.3.2部分地址译码方式138
6.3.3线性译码方式138
6.4高速缓冲存储器139
6.4.1工作原理139
6.4.2读写策略140
6.4.3与主存的对应方式141
6.5存储器的扩充方式143
6.5.1位扩充方式143
6.5.2字扩充方式144
6.5.3字位扩充方式145
6.6存储器的管理技术147
6.6.1虚拟存储器147
6.6.2Windows的内存管理151
6.7外部存储器151
6.7.1硬盘152
6.7.2光盘154
6.7.3U盘156
习题156
第7章输入输出技术159
7.1输入输出接口159
7.1.1输入输出接口的基本功能159
7.1.2输入输出端口及编址方式161
7.2输入输出的基本方法162
7.2.1无条件传输与查询方式传输162
7.2.2中断方式163
7.2.3直接存储器存取方式164
7.2.4通道传输方式165
7.3中断技术166
7.3.1中断的基本概念166
7.3.2中断的过程168
7.3.3中断服务程序地址的获取方法169
7.3.48259中断控制器172
习题183
第8章常用的接口芯片186
8.1定时/计数芯片8254186
8.1.1外部引脚和内部结构186
8.1.2工作方式及控制字187
8.1.3应用举例192
8.2并行接口芯片8255194
8.2.1外部引脚和内部结构194
8.2.2与系统总线的连接及寻址196
8.2.3工作方式197
8.2.4控制字和状态字200
8.2.5应用举例202
8.3串行接口芯片8250206
8.3.1外部引脚和内部寄存器206
8.3.2工作过程211
8.3.3应用举例211
8.4数/模转换芯片和模/数转换芯片214
8.4.1模/数转换芯片214
8.4.2数/模转换芯片218
习题223
附录习题答案225
参考文献233
内容摘要
面向高校非计算机专业的本科生，内容不仅包括计算机硬件的基础知识，基本技术和基本应用，而且由浅入深地介绍了计算机硬件发展中的新知识、新技术。 主要内容包括：计算机的组成、工作原理、数制、计算等基础知识；8086/8088、80X86、Pentium(奔腾)微处理器的基本结构、工作原理、技术等；总线的基本概念和常用总线标准等；存储器的分类、组织、管理和使用；输入输出技术；采用实例说明寻址方式、指令系统、汇编语言程序设计；实例说明常用接口芯片(计数/定时芯片8254、串行接口芯片8250、数模转换芯片、模数转换芯片)的功能和用法。给出大量图例、程序实例，每章配备习题，并给出习题答案。
主编推荐
主编迟丽华是天津大学计算机学院教师、计算机硬件技术基础课程的负责人。近出版教材
《大学计算机基础教程》《大学计算机基础教程实验指导》。
精彩内容
第5章第5章总线技术本章介绍总线的基本概念、分类、结构、性能指标、常用标准及应用。
5.1总线的基本概念
总线(bus)是计算机传输信息的公共通路，包括一组传输线和相关的控制电路。信息通过总线传送，任一时刻，只能有一个部件或设备使用总线发送数据，其他部件或设备接收数据。
5.1.1总线的分类
总线可按不同的标准分类，如图5.1所示。
图5.1总线分类
1. 按总线传送信息的类型划分
总线可根据传送信息的类型分为数据总线、地址总线、控制总线。
用于传送数据信息的总线称为数据总线(data bus，DB)。用于传送存储单元地址或输入输出端口地址的总线称为地址总线(address bus，AB)。用于传送控制信号的总线称为控制总线(control bus，CB)。
2. 按总线相对处理器的位置划分
根据总线相对处理器或其他芯片的位置，可将总线分为内部总线、外部总线。
内部总线在处理器内部，用于寄存器之间、算术部件与控制部件之间传输信息。外部总线在处理器之外，用于处理器与内存或外部设备之间传输信息，如USB总线、IEEE 1394总线等。
3. 按总线的层次划分
根据总线的层次结构，可将总线分为前端总线(也叫处理器总线)、系统总线、局部总线、外部总线。
计算机硬件技术基础第5章总线技术前端总线是处理器芯片的引脚线，用于处理器与外界连接，是处理器与外围芯片之间的连线，用于芯片级的互连。
系统总线是系统主板与插件板之间的连接线，用于连接主板上的各个插件板，如ISA总线、EISA总线、PCI总线等。
局部总线只出现在80386以后的微机系统中，是处理器总线与系统总线之间的连接线，如PCI总线。
外部总线是主机与外设之间的连接线，通过外部总线与外部设备交换信息。外部总线有USB、IEEE 1394等。
5.1.2总线的结构
总线的结构很大程度上取决于计算机的系统结构。依据计算机的系统结构，总线有单总线结构、双总线结构和多总线结构。目前采用多总线结构。
1. 单总线结构
单总线结构如图5.2所示，仅有一组总线连接计算机系统的各个功能部件，即都挂在一组总线上，部件之间通过这组总线传送信息。
图5.2单总线结构
单总线允许输入输出设备(I/O设备)之间、输入输出设备与存储器之间直接交换信息，只需处理器分配总线的使用权，无需处理器干预信息交换。由于各部件共用一组总线，所以只能分时使用总线。其缺点是，一组总线连接全部的系统部件，总线负载重，吞吐量达到饱和，甚至不能负担。高速存储器与低速的输入输出接口竞争总线，影响存储器的读写速度。
2. 双总线结构
双总线结构有两组总线，用于处理器与存储器之间、I/O设备之间传输信息。双总线结构有面向处理器、面向存储器两种类型。
1) 面向处理器的双总线结构
面向处理器的双总线结构如图5.3所示。一组总线连接处理器和存储器，称为存储总线(M总线)，另一组总线连接处理器和输入输出设备，称为输入输出总线(I/O总线)，各种输入输出设备(简称I/O设备或外设)通过接口连接I/O总线。当外设与主存交换信息时仍占用处理器，影响处理器的效率。
2) 面向存储器的双总线结构
面向存储器的双总线结构如图5.4所示。在单总线的基础上单独开辟了处理器与存储器之间的通路，称为存储总线，这组总线速度高，只供存储器与处理器之间传输信息，可提高传输效率，减轻系统总线负担。外设与存储器交换信息不经过处理器。
图5.3面向处理器的双总线结构
图5.4面向存储器的双总线结构
3. 多总线结构
多总线结构有两组以上的总线。目前计算机采用多总线结构，如图5.5所示。多总线包括前端总线、PCI总线、AGP总线、ISA总线等。不同类型的设备连接不同的总线，兼顾速度和成本的要求。速度较快的部件连接带宽高的总线，如PCI总线用于连接高速设备。速度较低的部件连接低速总线，如ISA总线用于连接低速设备。
图5.5多总线结构
5.1.3总线的基本功能及性能指标
计算机的各部件通过总线传输信息。发送数据的部件称为源部件或主部件、主设备、主模块，接收数据的部件称为目的部件或从部件、从设备、从模块。
1. 总线的基本功能
总线的基本功能包括仲裁控制、传送数据、驱动隔离、出错处理。
仲裁控制： 需要使用总线的主部件向总线仲裁部件提出占用总线的请求，经总线仲裁部件判别确定，把下一次总线的使用权分配给申请者。只有一个总线主部件的简单系统，无需申请总线。
传送数据： 获得总线使用权的主部件向从属部件传输数据。数据由主部件发出，经数据总线传给从属部件。对于读操作，主部件是存储器或输入输出接口，从属部件是总线主控设备，如处理器。对于写操作，主控部件是总线主控设备，如处理器，从属部件是存储器或输入输出接口。
驱动隔离： 能驱动使用总线的部件，隔离不使用总线的部件。
出错处理： 数据传送过程中可能产生错误，总线应具有错误检验电路和纠错电路。
下面详细说明总线的4个基本功能。
1) 仲裁控制
同一时刻只能有一个主部件利用总线传输数据，当系统有多个主部件同时申请总线使用权时，为避免冲突，由总线仲裁(控制)部件负责控制，按照优先级决定让哪个主部件获得总线的使用权。
总线优先级的判别方式有两种： 集中控制、分散(分布)控制。总线控制电路集中在一起的称为集中控制。总线控制电路分散在总线各个控制部件的称为分散控制。
集中式的总线仲裁方式有链式查询方式、计数器定时查询、独立请求方式等。
(1) 链式查询方式。
链式查询方式如图5.6所示，有3根控制线。
图5.6链式查询方式
BR(bus request)是总线请求信号，有效时表示至少有一个外设请求使用总线。
BG(bus grant)是总线允许信号，有效时表示总线控制部件响应外设的总线请求。
BS(bus busy)是总线忙信号，有效时表示总线正在被某外设使用。
当某个主设备需要使用总线时，通过BR(总线请求线)发出请求，总线控制部件通过BG(总线允许线)响应，BG采用串联方式传递，即BG传到某个设备时，若该设备无总线请求，则允许BG信号往下传；若该设备请求总线使用权，则封锁BG信号，不再往下传，该设备获得总线使用权，使BS有效。I/O接口1~I/O接口n链形成优先级队列，离总线控制部件近的接口(设备)优先级，离总线控制部件远的接口(设备)优先级。
链式查询方式的优点是： 用很少几根线实现按优先次序仲裁总线，易扩充设备。其缺点是： 对查询电路故障敏感，如果与第i个设备接口关联的电路有故障，第i个以后的设备都不能工作。因查询链的优先级固定，如果优先级高的设备频繁请求总线，则优先级低的设备长期不能使用总线。
(2) 计数器定时查询。
计数器定时查询方式如图5.7所示。总线控制部件收到BR送来的总线请求信号后，如果总线未被使用(BS无效)，计数器开始计数，计数值作为地址信息发给各个主设备，当某个有总线请求设备的地址与计数值相同时，获得总线控制权，BS置为有效，停止计数。
图5.7计数器定时查询方式
计数器定时查询的优点是： 可以通过程序设定计数器的初值，易改变各设备的优先次序。计数可从0开始，此时设备优先次序固定。也可从终止点开始计数，是一种循环方法，此时设备使用总线的优先级相等；计数器可以预置为某个值，可以改变主设备优先顺序。其缺点是： 对电路故障不如链式查询敏感，需要增加主控制的线(设备地址)数。
(3) 独立请求方式。
独立请求方式如图5.8所示。每个主设备均有一对独立的BRi、BGi控制线，总线控制部件内部有一个排队电路，根据优先次序确定响应哪个设备。
图5.8独立请求方式
独立请求方式的优点是： 响应快，无需逐个查询设备，可灵活控制优先次序，预先固定或通过程序改变优先次序，还可禁止(屏蔽)请求，不响应无效设备的请求。其缺点是增加了控制线的数量和控制复杂度。
分散控制按照优先级策略仲裁，无需总线仲裁(控制)部件，每个主部件都有自己的仲裁号和仲裁部件。当它们有总线请求时，把它们的仲裁号发送到共享仲裁总线上，每个仲裁部件将仲裁总线上的号与自己的号比较，如果仲裁总线上的号大，不响应它的总线请求，撤销它的仲裁号，仲裁总线保留获胜者的仲裁号。
2) 传送数据
获得总线使用权的主部件可以采用3种方式传送数据： 同步方式、异步方式、半同步方式。
(1) 同步方式。
同步传送方式由统一的时钟控制数据传送。发送数据和接收数据的信号都在固定时刻发送，即数据的发送、接收同时进行，由公用时钟控制。通常，控制数据收发的时钟由处理器的总线控制部件发出，送给总线的所有部件。
同步方式简单、可靠，由单一信号控制数据的传送。其缺点是不适合高速、低速部件并存的系统，因总线按照速设备的速度运行，降低了整个系统的操作速度。
(2) 异步方式。
异步传送方式适合高速、低速部件并存的系统。该方式不通过固定时钟控制，而是采用请求、应答信号，即采用应答方式(又称握手方式)控制数据的传送。要求在主、从部件之间增加两条应答线，主部件发出请求信号request，从部件发出响应信号acknowledge。因为数据发、收不同时(不同步)，所以异步方式存在传输时间的延迟。
(3) 半同步方式。
同步传送方式不适合高速部件、低速部件并存的系统，异步传送方式的时间延迟限制了频带宽度。半同步方式(混合式)结合了同步、异步的优点。
半同步方式在固定时刻发送、接收数据，发送间隔可变，间隔时间是时钟周期的倍数。半同步方式依靠公共时钟同步产生控制信号和状态信号，不固定数据的发送、接收时机。
半同步传送方式结合了同步、异步的优点，适合系统工作速度不高、各类部件速度差异较大的简单系统。
3) 驱动隔离
总线的驱动与隔离用于驱动或隔离连到总线的部件。同一时刻只能有一个部件使用总线发
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