本書以80X86繫列計算機為背景，從軟件開發和計算機應用的角度出發，將多門計算機硬件課程的核心內容融合到一起，全面、繫統、深入地講述計算機的硬件技術基礎。本書不追求計算機硬件內部的設計細節，突出實用性和培養學生解決實際問題的能力。全書共10章，首先介紹計算機的運算基礎和計算機中使用的主要數字邏輯部件，然後進一步討論計算機繫統的硬件組成和工作原理，包括CPU結構、指令繫統、彙編語言程序設計、存儲器繫統和輸入/輸出繫統，力求反映當前計算機硬件的*新技術。本書內容新穎、豐富，深入淺出、易教易學，可作為軟件工程、電子商務、信息管理、電子技術、通信、機械等專業計算機硬件技術相關課程的教材或參考書，也適合需要學習和了解計算機硬件知識的廣大工程技術人員自學。

闫宏印，男，太原理工大學計算機學院教授，1984年起任教，曾3次獲太原理工大學優秀教師稱號，出版多部教材。

目 錄

第1章 計算機繫統概述 （1）
1．1 計算機發展概述 （1）
1．1．1 計算機的發展歷史 （1）
1．1．2 微型計算機的發展 （2）
1．1．3 計算機的發展趨勢 （2）
1．2 計算機繫統的組成和工作原理 （4）
1．2．1 計算機的硬件 （4）
1．2．2 計算機的軟件 （7）
1．2．3 計算機的硬件和軟件的
關繫 （9）
1．2．4 計算機的工作原理 （9）
1．3 計算機的性能指標 （11）
1．3．1 基本字長 （11）
1．3．2 存儲容量 （11）
1．3．3 運算速度 （12）
1．3．4 繫統可靠性 （13）
1．3．5 外設和軟件的配置 （13）
習題1 （13）
第2章 計算機運算基礎 （15）
2．1 帶符號數的編碼 （15）
2．1．1 原碼 （15）
2．1．2 補碼 （16）
2．1．3 反碼 （18）
2．1．4 移碼 （18）
2．1．5 4種機器碼的比較 （18）
2．2 定點數據表示 （20）
2．2．1 定點整數表示 （20）
2．2．2 定點小數表示 （21）
2．2．3 無符號數表示 （22）
2．3 浮點數據表示 （22）
2．3．1 浮點數據表示的格式和
特點 （22）
2．3．2 浮點數的表示範圍和
規格化 （23）
2．3．3 IEEE 754標準 （25）
2．3．4 浮點數表示和定點數表示的
比較 （26）
2．4 補碼的加減運算及溢出判斷 （26）
2．4．1 補碼加法運算 （26）
2．4．2 補碼減法運算 （27）
2．4．3 溢出判斷 （28）
2．5 移位運算 （30）
2．5．1 算術移位 （30）
2．5．2 邏輯移位 （30）
2．6 浮點運算 （31）
2．6．1 浮點加減運算 （31）
2．6．2 浮點乘除運算 （32）
習題2 （33）
第3章 數字邏輯基礎 （35）
3．1 邏輯代數的三種基本運算 （35）
3．1．1 邏輯與運算 （35）
3．1．2 邏輯或運算 （36）
3．1．3 邏輯非運算 （37）
3．2 邏輯代數的基本公式和運算
規則 （37）
3．2．1 邏輯代數的基本公式 （38）
3．2．2 邏輯代數的三個重要運算
規則 （39）
3．2．3 邏輯函數的化簡 （40）
3．2．4 邏輯函數的變換 （42）
3．3 基本邏輯電路 （42）
3．3．1 基本門電路 （43）
3．3．2 復合門電路 （43）
3．3．3 三態門電路 （46）
3．4 組合邏輯電路 （47）
3．4．1 組合邏輯電路的分析與
設計 （47）
3．4．2 譯碼器 （48）
3．4．3 編碼器 （49）
3．4．4 數據選擇器 （49）
3．4．5 加法器 （50）
3．5 時序邏輯電路 （52）
3．5．1 時序邏輯電路的分析與
設計 （52）
3．5．2 觸發器 （53）
3．5．3 寄存器 （55）
3．5．4 計數器 （55）
習題3 （57）
第4章 中央處理器 （59）
4．1 中央處理器的組成 （59）
4．1．1 運算器 （59）
4．1．2 控制器 （60）
4．1．3 寄存器組 （62）
4．2 8086 CPU （62）
4．2．1 8086 CPU的功能結構 （62）
4．2．2 8086 CPU的寄存器 （64）
4．2．3 8086 CPU的引腳信號及
功能 （67）
4．2．4 8086 CPU對存儲器的
訪問 （71）
4．3 現代CPU采用的新技術 （74）
4．3．1 流水線計算機 （74）
4．3．2 超標量計算機 （77）
4．3．3 向量計算機 （78）
4．3．4 多核計算機 （79）
4．3．5 超長指令字計算機 （80）
4．4 Pentium繫列CPU （81）
4．4．1 Pentium繫列CPU內部
結構 （82）
4．4．2 Pentium繫列CPU的
特點 （83）
4．5 申威繫列CPU及超級
計算機 （84）
4．5．1 申威26010 CPU （84）
4．5．2 超級計算機 （85）
習題4 （86）
第5章 指令繫統 （88）
5．1 指令繫統概述 （88）
5．1．1 指令的基本格式 （88）
5．1．2 指令的操作碼 （89）
5．1．3 指令的地址碼 （89）
5．2 80X86尋址方式 （90）
5．2．1 指令尋址 （90）
5．2．2 數據尋址 （91）
5．2．3 80X86尋址方式的特點 （93）
5．3 80X86 CPU的常用指令 （93）
5．3．1 數據傳送指令 （94）
5．3．2 堆棧操作指令 （96）
5．3．3 輸入/輸出指令 （97）
5．3．4 算術運算指令 （98）
5．3．5 邏輯運算指令 （102）
5．3．6 移位運算指令 （104）
5．3．7 程序控制指令 （105）
5．3．8 其他指令 （112）
5．4 CISC和RISC （116）
5．4．1 計算機指令繫統的發展 （117）
5．4．2 CISC技術 （118）
5．4．3 RISC技術 （118）
習題5 （119）
第6章 彙編語言程序設計 （122）
6．1 彙編語言概述 （122）
6．1．1 彙編語言程序的處理
過程 （122）
6．1．2 彙編語言語句的類型和
格式 （122）
6．1．3 彙編語言的數據項和
表達式 （123）
6．2 80X86彙編語言偽指令 （127）
6．2．1 數據定義偽指令 （127）
6．2．2 符號定義偽指令 （128）
6．2．3 段和過程定義偽指令 （129）
6．3 80X86彙編語言程序結構 （131）
6．3．1 順序程序 （132）
6．3．2 分支程序 （134）
6．3．3 循環程序 （136）
6．3．4 子程序 （138）
6．4 繫統功能調用和程序的動態
調試 （140）
6．4．1 繫統功能調用 （140）
6．4．2 動態調試程序DEBUG （142）
習題6 （146）
第7章 存儲繫統 （149）
7．1 存儲繫統概述 （149）
7．1．1 存儲器的分類 （149）
7．1．2 存儲繫統的層次結構 （151）
7．1．3 存儲器的主要技術指標 （152）
7．2 隨機存儲器RAM （152）
7．2．1 靜態MOS存儲器 （153）
7．2．2 動態MOS存儲器 （155）
7．3 隻讀存儲器ROM （157）
7．3．1 掩模隻讀存儲器 （157）
7．3．2 可編程隻讀存儲器 （158）
7．3．3 可擦可編程隻讀存儲器 （158）
7．3．4 閃存 （159）
7．4 主存儲器容量的擴充 （161）
7．4．1 位擴展 （161）
7．4．2 字擴展 （162）
7．4．3 字位同時擴展 （163）
7．4．4 存儲器模塊 （164）
7．5 提高存儲繫統性能的技術 （165）
7．5．1 高速緩存 （166）
7．5．2 虛擬存儲器 （170）
7．5．3 並行存儲器 （171）
7．6 外存儲器 （174）
7．6．1 硬盤存儲器 （174）
7．6．2 光盤存儲器 （178）
7．6．3 U盤存儲器 （179）
7．6．4 固態硬盤存儲器 （180）
習題7 （180）
第8章 總線技術 （183）
8．1 總線概述 （183）
8．1．1 總線的類型 （183）
8．1．2 總線的組成 （185）
8．1．3 總線的性能指標 （185）
8．2 總線的數據傳送 （186）
8．2．1 總線數據傳送的過程 （186）
8．2．2 總線數據傳送的控制
方式 （187）
8．3 常見總線 （188）
8．3．1 總線標準 （188）
8．3．2 ISA總線和EISA總線 （189）
8．3．3 PCI總線 （189）
8．3．4 PCI Express總線 （192）
8．3．5 USB總線 （194）
8．4 主板 （196）
8．4．1 主板的結構 （196）
8．4．2 主板上的主要芯片 （197）
8．4．3 主板上的插座、插槽和外設
接口 （198）
習題8 （199）
第9章 輸入/輸出接口與中斷技術 （201）
9．1 輸入/輸出接口概述 （201）
9．1．1 I/O接口的基本功能 （201）
9．1．2 I/O接口的類型 （202）
9．2 中斷技術 （204）
9．2．1 中斷概述 （204）
9．2．2 中斷的過程 （206）
9．2．3 80X86中斷繫統 （210）
9．3 CPU與外設數據傳送的
方式 （212）
9．3．1 程序查詢傳送方式 （213）
9．3．2 程序中斷傳送方式 （214）
9．3．3 DMA傳送方式 （215）
9．4 可編程接口 （216）
9．4．1 可編程並行接口8255A （216）
9．4．2 可編程串行接口8251A （220）
9．4．3 可編程定時/計數器
接口8253 （225）
9．4．4 可編程中斷接口8259A （228）
9．4．5 可編程模擬接口 （233）
習題9 （237）
第10章 常用外部設備 （239）
10．1 外部設備概述 （239）
10．1．1 外部設備的類型 （239）
10．1．2 外部設備的功能 （241）
10．1．3 外部設備發展趨勢 （241）
10．2 輸入設備 （242）
10．2．1 鍵盤 （242）
10．2．2 鼠標 （245）
10．2．3 觸摸屏和觸摸板 （246）
10．2．4 掃描儀 （247）
10．2．5 其他輸入設備 （247）
10．3 輸出設備 （248）
10．3．1 顯示器 （249）
10．3．2 打印機 （252）
習題10 （254）
參考文獻 （255）

前 言

計算機科學技術發展得非常快，舊的硬件技術不斷被淘汰，而新的硬件技術不斷出現，教材也要適應這種變化。本教材在第一版的基礎上進行修訂，根據計算機硬件技術的最新發展，對一些章節的內容進行了增刪；根據第一版教材使用過程中發現的問題和使用教材的老師、同學的意見，對一些章節的內容進行了改寫。

軟件工程作為計算機學科中的一個重要組成部分，其鮮明的專業特色是以軟件開發為主，這就決定了軟件工程專業沒有更多的時間、也沒有必要學習和掌握計算機學科中所有的硬件技術繫列課程的內容。但對於軟件工程專業的學生來說，學習和掌握計算機硬件的基礎知識、了解計算機硬件技術的最新發展，有益於軟件的開發和應用，是十分重要和必要的。正是從這一目的出發，我們組織多年從事計算機硬件技術繫列課程教學的教師，將多門計算機硬件課程的核心內容融合到一起，編寫了本教材。本教材在編寫時，充分考慮軟件工程及相近專業教學的實際情況和讀者自學的需要，力求概念清晰、準確，內容新穎、易教易學；不追求計算機硬件內部的設計細節，而強調實用性和培養學生解決實際問題的能力；從最基本的計算機硬件概念知識講起，深入淺出，循序漸進，使讀者通過本書的學習，可全面、繫統地掌握計算機硬件的基礎知識。

全書共10章，內容涉及計算機學科硬件核心課程中的數字邏輯、計算機組成與結構、彙編語言程序設計、計算機接口技術等課程的內容，反映了計算機硬件的最新技術，符合軟件工程等專業的教學要求。

第1章講述計算機繫統的基本組成和性能指標，使讀者對計算機硬件繫統有一個清晰的總體認識。第2章介紹計算機運算基礎，講述計算機中的定點數據和浮點數據表示，以及實現各種運算的原理。第3章介紹數字邏輯基礎，講述計算機中常用的組合邏輯電路和時序邏輯電路。第4章以典型CPU為例，講述CPU的功能結構和工作原理，介紹CPU設計中使用的新技術。第5章以80X86指令繫統為背景，講述計算機的指令繫統。第6章介紹彙編語言程序設計基礎，講述彙編語言的程序設計和調試方法。第7章講述計算機的高速緩存、主存、外存的工作原理和構成層次結構存儲繫統的方法。第8章介紹計算機總線技術和常用的標準總線。第9章介紹計算機的中斷技術和輸入/輸出接口。第10章介紹計算機的常用外部設備。

本書第1章由郭曉紅編寫，第2章由張興忠編寫，第3、7、8章由闫宏印編寫，第4章由武淑紅編寫，第5、6章由趙涓涓編寫，第9章由廖麗娟編寫，第10章由林福平編寫，全書由闫宏印策劃、修改、統稿。在本書的編寫過程中，得到了許多專家和太原理工大學軟件學院領導的大力幫助和支持，也得到了電子工業出版社劉瑀老師和多位編輯的大力支持，在此表示衷心的感謝。

由於水平有限，書中難免存在錯誤和不妥之外，敬請各位讀者提出寶貴的意見和建議，我們將不勝感激。

編 者