第一部分数字电路与计算机逻辑部件基础第1章数据在计算机中的运算及表示形式1

第一部分数字电路与计算机逻辑部件基础第1章数据在计算机中的运算及示形式1 1.1进位记数制1 1.1.1进位记数制及其基数和权1 1.1.2几种常用的进位记数制1 1.2不同进位制数之间的转换3 1.2.1二进制数转换为十进制数3 1.2.2十进制数转换为二进制数3 1.3二进制数的算术运算和逻辑运算5 1.3.1二进制数的算术运算5 1.3.2二进制数的逻辑运算6 1.3.3移位运算6 1.4数据在计算机中的表示形式7 1.4.1机器数与真值7 1.4.2常见的机器数表示形式8 1.4.3数的定点表示与浮点表示12 1.4.4二 十进制编码16 1.5二进制信息的计量单位17 习题117 第2章逻辑代数与基本逻辑门电路19 2.1逻辑代数的基本概念19 2.1.1逻辑代数的特点19 2.1.2基本逻辑运算19 2.1.3逻辑函数22 2.1.4逻辑函数的相等22 2.2逻辑代数的基本公式22 2.3逻辑函数的代数化简法24 2.3.1“与或”表达式的化简24 2.3.2“或与”表达式的化简25 2.4基本逻辑门电路26 2.4.1分立元件的门电路26 2.4.2集成门电路28 2.4.3MOS门电路33 2.4.4常用逻辑门的图形符号35 习题236 第3章数字逻辑电路及其在计算机中的应用38 3.1基本概念38 3.1.1最小项38 3.1.2最小项的性质38 3.1.3最小项表达式39 3.2逻辑函数的卡诺图化简法40 3.2.1卡诺图40 3.2.2卡诺图的编号41 3.2.3用卡诺图化简逻辑函数42 3.3不完全规定的逻辑函数及其化简44 3.3.1无关最小项的概念44 3.3.2利用无关最小项化简逻辑函数45 3.4组合逻辑电路的分析与设计46 3.4.1组合逻辑电路的分析46 3.4.2组合逻辑电路的设计47 3.5计算机中常用的组合逻辑部件49 3.5.1加法器49 3.5.2译码器50 3.5.3编码器51 3.5.4多路选择器52 3.5.5多路分配器53 3.6时序电路的基本单元 触发器55 3.6.1RS触发器55 3.6.2触发器外部逻辑特性的描述58 3.6.3维阻D触发器59 3.6.4主从JK触发器60 3.6.5T触发器60 3.6.6触发器的时间参数61 3.6.7触发器的激励表62 3.7计算机中常用的时序逻辑部件63 3.7.1寄存器63 3.7.2计数器66 习题369 第4章硬件描述语言VHDL基础72 4.1VHDL概述72 4.2VHDL程序的基本结构73 4.2.1VHDL程序示例73 4.2.2实体74 4.2.3结构体76 4.2.4库、包集合及配置76 4.3VHDL语法基础78 4.3.1标识符和保留字78 4.3.2数据对象79 4.3.3数据类型81 4.3.4运算操作符83 4.4VHDL的常用描述语句84 4.4.1顺序描述语句84 4.4.2并行描述语句91 4.5VHDL描述实例94 4.5.1组合逻辑电路的VHDL描述94 4.5.2时序逻辑电路的VHDL描述97 习题4102 第二部分计算机的基本结构与汇编语言程序设计 第5章计算机的基本结构与工作过程103 5.1计算机的基本结构103 5.1.1冯?诺依曼计算机基本结构103 5.1.2计算机的基本组成框图及功能部件 简介104 5.2计算机的工作流程107 5.2.1指令与程序107 5.2.2计算机的基本工作流程108 5.3计算机系统的组成110 5.3.1硬件与软件110 5.3.2计算机系统的基本组成111 5.4微型计算机的分类及主要技术指标111 5.4.1微型计算机的分类111 5.4.2微型计算机的主要技术指标112 5.5微型计算机的基本结构及系统组成113 5.5.1微型计算机基本结构114 5.5.2微型计算机的系统组成115 习题5116 第6章计算机的核心部件——微处理器117 6.1微处理器的工作模式117 6.1.1实模式117 6.1.2保护模式117 6.1.3虚拟8086模式118 6.2微处理器的编程结构118 6.2.1程序可见寄存器118 6.2.280x86/Pentium处理器的寄存器 模型118 6.3微处理器的寻址机制123 6.3.1存储器分段技术123 6.3.2实模式下的存储器寻址124 6.3.3堆栈127 6.4微处理器的内部组成结构及相关技术128 6.4.1总线接口单元BIU128 6.4.2指令cache与数据cache128 6.4.3超标量流水线结构129 6.4.4动态转移预测及转移目标缓冲器 BTB130 6.4.5指令预取器和预取缓冲器132 6.4.6指令译码器132 6.4.7执行单元EU133 6.4.8浮点处理单元FPU133 6.4.9控制单元CU133 6.5微处理器的外部引脚信号134 6.5.180386 DX的外部引脚信号概况134 6.5.2存储器/IO接口信号136 6.5.3中断接口信号138 6.5.4DMA接口信号138 6.5.5协处理器接口信号139 6.6微处理器的操作时序139 6.6.1总线时序基本概念139 6.6.2基本的总线时序142 习题6143 第7章寻址方式与指令系统144 7.1寻址方式144 7.1.1数据寻址方式144 7.1.2转移地址寻址方式149 7.2指令编码151 7.2.1指令编码格式151 7.2.2指令编码举例154 7.38086指令系统155 7.3.1数据传送指令155 7.3.2算术运算指令160 7.3.3逻辑运算与移位指令170 7.3.4串操作指令173 7.3.5转移指令176 7.3.6处理器控制指令183 7.480x86及Pentium系列指令系统184 习题7184 第8章汇编语言程序设计基础186 8.1汇编语言的特点186 8.2汇编语言程序结构和基本语法187 8.2.1示例程序187 8.2.2基本概念188 8.2.3指令语句193 8.2.4伪指令语句195 8.2.5宏指令200 8.2.6简化段定义203 8.3ROM BIOS中断调用和DOS系统功能 调用204 8.3.1ROM BIOS中断调用204 8.3.2DOS系统功能调用205 8.4汇编语言程序的上机调试205 8.4.1建立源文件206 8.4.2汇编206 8.4.3连接207 8.4.4运行207 8.4.5调试207 8.5汇编语言程序设计的基本方法208 8.5.1程序设计的基本步骤208 8.5.2程序的基本结构形式208 8.5.3子程序设计210 8.6汇编语言的编程应用213 8.6.1I/O与通信213 8.6.2声音与时钟214 8.6.3乐曲程序215 8.6.4键盘I/O218 8.6.5鼠标器编程220 8.6.6图形显示223 8.7Windows环境下汇编语言程序设计226 8.7.1Windows API函数226 8.7.2指令集选择227 8.7.3工作模式选择227 8.7.4函数的原型定义227 8.7.5Windows应用程序的基本结构 框架228 8.7.6Win32汇编语言应用程序实例228 8.7.7MASM 32汇编与连接命令229 8.8汇编语言与高级语言的混合编程230 8.8.1内嵌汇编231 8.8.2在C程序中直接调用汇编 子程序232 8.8.3汇编语言程序调用C函数235 习题8235 第三部分存储器与I/O接口技术 第9章存储器及其接口239 9.1概述239 9.1.1存储系统的层次结构239 9.1.2内存储器的基本结构及其数据存储 格式241 9.2半导体存储器的结构及工作原理243 9.2.1可读写存储器RAM243 9.2.2只读存储器ROM252 9.3存储器接口258 9.3.1存储器接口中的片选控制258 9.3.2存储器接口分析与设计举例260 9.3.3双端口存储器261 9.4高速缓存(cache)263 9.4.1cache基本原理263 9.4.2cache的组织方式265 9.4.3cache的更新方式及替换算法266 9.5虚拟存储器268 9.5.1虚拟存储器的工作原理268 9.5.280x86的虚拟存储技术270 习题9271 第10章I/O接口技术273 10.1I/O接口概述273 10.1.1I/O接口的基本功能273 10.1.2I/O接口的基本结构274 10.1.3I/O端口的编址方式274 10.1.4I/O接口的地址译码及片选信号 的产生276 10.1.5I/O指令277 10.2I/O控制方式277 10.2.1程序控制方式277 10.2.2中断控制方式278 10.2.3DMA方式279 10.3DMA技术280 10.3.1DMA控制器的基本功能280 10.3.2DMA控制器的一般结构281 10.3.3DMA控制器的工作方式283 10.3.4DMA工作过程283 10.3.5可编程DMA控制器8237284 10.4中断系统285 10.4.1基本概念285 10.4.280x86实模式的中断系统288 10.4.3可编程中断控制器8259A293 10.4.4中断服务程序设计294 习题10298 第11章可编程接口电路实例299 11.1可编程并行接口的组成及工作过程299 11.1.1可编程并行接口的组成及其 与CPU和外设的连接299 11.1.2可编程并行接口的数据输入输出 过程300 11.2可编程并行接口电路8255A300 11.2.18255A的性能概要300 11.2.28255A芯片引脚分配及引脚信号 300 11.2.38255A内部结构框图302 11.2.48255A的控制字303 11.2.58255A的工作方式304 11.2.68255A的状态字309 11.2.78255A应用举例310 11.3可编程计数器/定时器8253311 11.3.1概述312 11.3.2可编程计数器/定时器8253312 11.3.38253的应用324 习题11326 第12章D/A和A/D转换器328 12.1计算机自动控制系统中的D/A和A/D 转换328 12.2D/A转换器329 12.2.1D/A转换器的工作原理329 12.2.2D/A转换器的主要技术指标332 12.2.3D/A转换器芯片333 12.2.4D/A转换器芯片与微处理器的 接口335 12.2.5D/A转换器的应用336 12.3A/D转换器337 12.3.1基本概念337 12.3.2A/D转换器的工作原理339 12.3.3A/D转换器的主要技术指标340 12.3.4A/D转换器芯片341 12.3.5A/D转换器芯片与微处理器的 接口342 习题12345 第四部分高性能微处理器技术 第13章总线技术346 13.1概述346 13.1.1总线346 13.1.2总线的分类347 13.1.3总线348 13.1.4总线仲裁349 13.2PCI总线350 13.2.1概述350 13.2.2PCI总线的系统结构及特点350 13.3USB总线352 13.3.1USB概述352 13.3.2USB的拓扑结构353 13.3.3USB线缆及连接器353 13.4高速总线接口IEEE 1394354 习题13355 第14章高性能微处理器的先进技术及典型结构356 14.1高性能微处理器所采用的先进技术356 14.1.1指令级并行356 14.1.2超标量技术357 14.1.3超长指令字结构358 14.1.4超级流水线技术358 14.1.5RISC技术359 14.2高性能微处理器举例360 14.2.164位处理器Alpha 21064360 14.2.2Itanium处理器——IA 64架构 的开放硬件平台362 14.3多核处理器简介365 14.3.1复杂单处理器结构所遇到的 挑战365 14.3.2多核处理器的出现365 14.3.3多核处理器结构的主要特点366 14.4现代PC主板典型结构367 14.4.1芯片组、桥芯片及接口插座367 14.4.2Pentium PC主板结构368 14.4.3Pentium 4 PC主板的I/O组织 结构369 习题14370 附录ADOS功能调用(INT 21H)371 附录BBIOS中断调用376 附录C调试程序DEBUG的使用380 附录D部分习题参考384 参考文献399