本书是《微型计算机系统原理及应用》的第五版。本版本根据微处理器的最新发展，从80x86系列微处理器整体着眼，落实到最基本、最常用的8086处理器，介绍了微型计算机系统原理、80x86系列微处理器结构、8086指令系统和汇编语言程序设计、主存储器及与CPU的接口、输入输出、中断以及常用的微型计算机接口电路、数模(D/A)转换与模数(A/D)转换接口、80x86系列微处理器的发展（64位微处理器与嵌入式微处理器）。根据教学改革的要求与授课教师的意见，作了必要的精简与修改，每章末附加了习题。全书观点新、实用性强。 另有同名的例题习题集与实验指导书与教材配套。 本书适合各类高等院校、各种成人教育学校和培训班作为教材使用。

第五版前言 自本书第四版出版以来，微处理器仍按摩尔定律快速发展，超线程、双核微处理器得到了广泛应用。 网络时代的来临、多媒体信息的数字化等，都使信息量爆炸增长。信息的存储、处理、交换，强烈地需求和促进微处理器向64位时代过渡。 数字技术、计算机技术已渗透至各种领域。嵌入式应用已成为计算机应用的主流。嵌入至应用系统中的微处理器也称为单片机。有统计显示全世界的大规模集成电路有80%用于嵌入式应用中。1995年单片机的年产量约为16亿片，而到2000年已经达到28亿片。有公司曾经估测，到2010年，平均每人每天会接触到多达351片单片机，甚至更多。 单片机是随着大规模集成电路技术、微处理器技术而发展起来的。之所以称为单片机，是因为在一个芯片中，既集成了微处理器，又集成了一定数量的存储器（ROM与RAM）,并且集成了若干种外设接口，构成了一个计算机。随着应用的需要与集成电话技术的发展，单片机也由4位、8位、16位发展到32位甚至64位，其功能与性能有了极大的提高与扩展。目前应用最多的仍是如Intel 8051类的8位机，但随着手机、数字电视、PDA等应用的迅速普及，32位等高档单片机也将快速发展。 在单片机中，除了微处理器、存储器之外，还包含着一定的外设接口，最广泛的是并行与串行输入/输出接口。在仪器、仪表，各种控制等应用场合，还包含定时器/计数器电话、A/D与D/A转换电路等。在手机中还要有无线通信、蓝牙等接口电路。嵌入至电视机、照相机、摄像机、DVD、移动电路、汽车、飞机、船舶、机车等产品中的单片机，往往起控制作用，所以也广泛称为微控制器（Microcontroller）。不论是哪种单片机，其中所包含的微处理器、存储器、并行/串行接口、定时器/计数器电路、A/D与D/A转换电路的原理，其主要概念、主要技术及应用编程等在本书的主要章节中已有详尽分析。学习掌握了本书，再去看有关的单片机的书籍就很容易了。 随着教学改革的深入与发展，对课程的少而精的要求日益突出。 所有这些都要求本书进行修订。 本书在修订过程中，听取了许多授课老师与广大读者的大量意见，在此谨致谢意！ 在本书修订时，对配套的习题集、习题解答与实验指导书也做了相应的修订。 本版改正了一些笔误与印刷错误。 周明德2006年12月 第四版前言 本书第三版推出以来又过去了三年多，这三年中微型计算机的发展更为迅速。仍用目前万元人民币的PC机配置与1981年推出的IBM PC机的配置作一番简单的比较(见表01)就可以看出变化的巨大。表01PC机配置比较1981年2001年CPUIntel 8088(8位)Intel Pentium 4由于工作速度与存储容量提高了近千倍，而价格又急剧下降，从而促进了PC机在各行各业、社会生活以及人们日常生活中的广泛应用。PC机已经是无处不在了。 计算机的迅速发展也必然促使本书的内容作适当的更新与改变。虽然PC机发展十分迅速，但是它的基本原理并没有改变。 以CPU为例，十余年来，Intel公司生产的芯片经历了8086、8088、80186、80286、80386、80486到Pentium(中文名为奔腾，编号为80586)；Pentium也经历了Pentium、Pentium MMX、Pentium Pro(中文名为高能奔腾，又称80686，即为P6结构的第一个处理器)以及把MMX技术与Pentium Pro 结合在一起的Pentium Ⅱ、Pentium Ⅲ直至最新的Pentium 4。这些CPU形成了一个系列——80x86系列，它们是向下兼容的。在8086（8088）CPU上开发的程序，完全可以在Pentium 4上运行。所以，Intel公司把它们称为IA（Intel Architecture）32结构微处理器。我们可以用两个表（见表02和表03）来说明IA32结构微处理器的发展。表02同代IA32结构微处理器的关键性能Intel 处理器引入日期微结构在引入时 的时钟频率每个芯片 晶体管数寄存器 尺寸系统总线 频带宽度最大外部 地址空间片上的 CachesPentium Ⅲ Processor1999年P6 700MHz28MGP: 32 FPU: 80 MMX: 64 XMM: 1281.06GB/s64GB32KB L1; 256KB L22000年Intel NetBurst 微结构1.50GHz42MGP: 32 FPU: 80 MMX: 64 XMM: 1283.2GB/s64GB12Kμop Execution Trace Cache; 8KB L1; 256KB L2注： 1. 寄存器尺寸和外部数据总线尺寸是以位为单位给定。 2. 第一级Cache 用缩写L1表示，第二级Cache 用L2表示。 3. Intel Pentium Ⅲ 和 Pentium Ⅲ Xeon 处理器具有高级传送Cache,建造在 0.18 微米处理技术上，在1999年10月引入。表03IA32结构微处理器前面代的关键特性Intel 处理器引入 日期在引入时最 大时钟频率每个芯片 晶体管数寄存器尺寸外部数据 总线尺寸最大的外部 地址空间CachesIntel 8086 Processor1978年8MHz29K〖〗16GP161MBNoneIntel 80286 Processor1982年12.5MHz134K16GP1616MBNote 3Intel 80386 DX Processor1985年20MHz275K32GP324GBNote 3Intel 80486 DX Processor1989年25MHz1.2M32GP 80FPU324GBL1: 8KB Pentium Processor1993年60MHz3.1M32GP 80FPU644GBL1:16KBPentium Pro Processor1995年200MHz5.5M32GP 80FPU6464GBL1: 16KB L2: 256KB or 512KBPentium Ⅱ Processor1997年266MHz7M32GP 80FPU 64MMX6464GBL1: 32KB L2: 256KB or 512KBPentium Ⅲ Processor1999年500MHz8.2M32GP 80FPU 64MMX 128XMM6464GBL1: 32KB L2: 512KB注： 1. 寄存器尺寸和外部数据总线尺寸以位为单位给定。也要注意在所有的处理器中，每个32位通用寄存器(GP) 也能作为8位或16位数据寄存器寻址。 2. 对于每个处理器内部数据通道是外部数据总线的2~4 倍宽。虽然芯片的制造工艺和使用的技术都有了很大的发展，但是从使用者的角度特别是从应用程序开发者的角度来看，它们是一个系列，是一个家庭，是完全兼容的。应用编程的寄存器结构，从8088、8086到80386以上直至PentiumⅡ微处理器，只有16位与32位的区分，没有本质的区别。芯片的指令，80%以上是完全相同的，只是在80386以上的芯片中还有另一种工作方式——保护虚地址方式，从而增加了一些保护方式下的指令；自80486以上，因为把数字协处理器也并入了CPU芯片中，所以增加了数字协处理器指令(它们的绝大部分是与8087指令相同的)。8088、8086(这两种芯片在内部几乎是完全一样的)的工作方式与80386以上芯片的实地址工作方式几乎是完全一样的。所以，可以说8088、8086是Intel 80x86系列芯片的基础。要学习80x86系列，最好的办法还是从8088、8086入手。 另外，若要把微处理器用于测量、控制等应用场合，一般要构造一个小型的系统，就不会采用Pentium等高档芯片，而是采用8086(8088)或功能相当的单片机。因此，从8086入手也是恰当的。 当然，在学习的时候要从IA32结构微处理器的全局着眼，特别是80386以上芯片的更重要的工作方式是它们的保护虚地址方式。要深入地掌握80x86系列，就要在学习掌握了8088、8086的工作原理、汇编语言使用的基础上，进一步掌握保护方式的原理(本书第13章)。 目前，PC机的存储器容量已经很大，但是基本存储单元的工作原理没有变，构成存储器的原理没有变，存储器与CPU的接口原理、接口方法也没有变。 PC机的外设越来越丰富，但是PC机与外设的接口方法并没有变，中断的工作原理及中断处理的方法也没有变。 随着大规模集成电路技术的发展，PC机主板上已经用两块专用芯片代替了以前大量的接口芯片和中小规模集成电路。但是，它们仍然具有并行接口8255A、串行接口8250、定时器计数器8253(8254)、中断控制器8259和DMA控制器8237等芯片的作用。并且在自行构造应用系统时，仍然要使用这些通用的接口芯片。 总之，PC机虽然有了巨大的发展，但是它们的基本工作原理仍然是相同的。作为介绍PC机原理的书籍，其大部分内容仍然是适用的，仍然可以作为学习微型计算机的基本教材。在本次再版中，我们在原书的基础上，根据需要作了较大的修改和补充。增加了第2章IA32结构微处理器，第1章至第6章根据最新发展都做了重大的补充。 为了适应教学的需要，这次编写了与本教材配套的习题集与实验指导书。 本次再版的修改仍是初步的。殷切期望能够听到广大读者的宝贵意见、批评和建议。 周明德2001年8月 第三版前言 本书出版已十余年了，得到了广大读者的爱护。十余年来微型计算机发生了极其巨大的变化。以1981年推出的IBM PC与目前市场销售的PC机作一番简单的比较(见下表)就可以看出变化的巨大：1981年1998年CPUIntel 8088(8位)Intel PentiumⅡ主振频率5MHz300MHz内存16KB～64KB16MB～32MB外存单面单密度软驱2GB温盘10MB温盘(PC/XT)工作速度与存储容量差不多都提高了近100倍，而价格又急剧下降，从而促进了PC机在各行各业、社会生活以及人们的日常生活中的广泛应用。PC机已经是无处不在。 计算机的迅速发展也必然促使本书的内容作适当的更新与改变。但是，虽然PC机发展十分迅速，它的基本原理并没有改变。 从CPU来说，十余年来，Intel公司生产的芯片经历了8088、8086、80186、80286、80386、80486到Pentium(中文名为奔腾，编号为80586)；Pentium也经历了Pentium、Pentium Pro(中文名为高能奔腾)、Pentium MMX以及1997年底的Pentium Pro MMX也即最先进的PentiumⅡ。虽然芯片的制造工艺和使用的技术有了很大的发展，但是从使用的角度来看，特别是从应用程序的开发者角度来看，它们是一个系列，是一个家族，是完全兼容的。应用编程的寄存器结构，从8088、8086到80386以上直至PⅡ，只有16位与32位的区分，没有本质的区别。芯片的指令，80%以上是完全相同的，只是在80386以上的芯片中还有另一种工作方式——保护虚地址方式，从而增加了一些保护方式下的指令；自80486以上，因为把数字协处理器也并入了CPU芯片中，所以增加了数字协处理器指令(它们的绝大部分是与8087指令相同的)。8088、8086(这两种芯片在内部几乎是完全一样的)的工作方式与80386以上芯片的实地址工作方式几乎是完全一样的。所以，可以说，8088、8086是Intel x86系列芯片的基础。要学习x86系列，最好的办法还是从8088、8086入手。 当然，80386以上的芯片其更重要的工作方式是它们的保护虚地址方式。要深入地掌握x86系列，就要在学习掌握了8088、8086的工作原理、汇编语言使用的基础上，进一步掌握保护方式的原理(在本版上增加了这部分内容)。 目前，PC机的存储器容量已经很大，但是基本存储单元的工作原理并没有变，构成存储器的原理并没有变，存储器与CPU的接口原理、接口方法也没有变。 目前，PC机的外设也越来越丰富，但是PC机与外设的接口方法并没有变，中断的工作原理及中断处理的方法也没有变。 随着大规模集成电路技术的发展，PC机主板上的芯片数量已经很少，过去的接口芯片已集成到一个芯片中。但是，并行接口芯片8255A，串行接口芯片8250，定时器计数器芯片8253、8254，中断控制器8259，DMA控制器8237等等的工作原理仍是相同的，仍有同样的I/O端口。 总之，PC机虽然有了巨大的发展，但是它们的基本工作原理仍然是相同的。作为介绍PC机原理的书籍，其大部分内容仍然是适用的，仍然可以作为学习微型计算机的基本教材。在本次再版中，我们在原书的基础上，根据需要作了适当的补充，主要是在上册中增加了第十章“数模(D/A)转换与模数(A/D)转换接口”、第十一章“80x86\,80x87的结构与特点”、第十二章“新技术简介”和附录4“习题”，并将书名改为《微型计算机系统原理及应用》。 本次再版的修改是初步的。殷切期望能够听到广大读者的宝贵意见以及批评和建议。 周明德1998年3月24日 第二版前言 １９８４年在我国掀起了一个学习和应用微型计算机的热潮。国家决定：一方面引进当时国际上的微机主流机型ＩＢＭＰＣ、ＰＣ／ＸＴ，另一方面加快开发和生产与其相兼容的国产长城０５２０系列微机。为了促进这些微机的学习和应用，我们边学习边写作，在极其仓促的情况下编写了本书，所以有不少缺点和错误。随着我国微机事业的发展，国产长城０５２０系列微机、ＩＢＭＰＣ／ＸＴ及其兼容机在国内的装机台数有了很大的增长，因而本书受到了读者的欢迎，起了一些微薄的作用，我们感到十分欣慰。自本书发行以来，发行近５０万册，得到了广大读者的爱护、关心与帮助，在此向广大读者致以深切的谢意。 据统计，到１９８７年底，我国各类个人计算机的装机台数约为２５万台，其中主要部分是０５２０系列、ＩＢＭＰＣ／ＸＴ及兼容机。这些机种在我国还会有相当的生命周期。根据国际上微型机发展的历史和我国的实际情况，在今后几年内，４位与８位微型机在工业过程控制、智能化仪器仪表、机电一体化产品等领域仍会得到广泛的应用和进一步的发展；在数据处理、事务管理、办公自动化领域，１６位和３２位微型计算机是发展的重点，会进一步迅速发展。在这一领域中的主流机型仍会是ＩＢＭＰＣ／ＸＴ及其高档机的兼容机，在国内则主要是０５００系列。也就是说是以Ｉｎｔｅｌ的８０８８／８０８６、８０２８６和８０３８６为ＣＰＵ的微型计算机系列，在数量上来说仍是以１６位机为主体，而以３２位机为技术和应用发展的方向。微型计算机发展到现阶段，软件兼容性是一个十分重要的特色，也是应用的需要。８０８８／８０８６、８０２８６、８０３８６是向上兼容的，８０３８６包含了８０８６的全部功能和指令系统，在８０３８６上能运行８０８６系统上的所有软件；以８０３８６为ＣＰＵ的微型机系统基本上能兼容在ＩＢＭＰＣ／ＸＴ上开发的各种软件。从学习的角度来说，８０８８／８０８６是８０３８６的基础，只有掌握了８０８８／８０８６才能进一步掌握８０２８６和８０３８６。故本书集中于分析８０８８／８０８６。要学习８０２８６、８０３８６可参阅清华大学出版社出版的《高档微型计算机（下）》等书。实际应用需要有系统地、深入地分析１６位机原理和应用的教材；由于计算机的发展和实验条件的改善，高校的微型计算机教学也处在从８位机向１６位机过渡的过程中。所以，我们决定对本书作重大的修改。鉴于本书是在１９８４年完稿的，书中的ＢＡＳＩＣ语言和ｄＢＡＳＥⅡ这两部分，相对于软件的发展来说已经陈旧了，而且有关专著已经很多，如清华大学出版社出版的《Ｔｒｕｅ ＢＡＳＩＣ程序设计》和《如何使用汉字ｄＢＡＳＥⅢ》。在修订版中不再包含这两方面的内容了。 在修订中，我们是按照适用于各类高等院校和继续工程教育的标准的１６位微机原理与应用的教材要求，对本书作了重大的修改。 汇编语言和它的程序设计是微型机的基础和重要工具，在修订版中，对ＩＢＭ宏汇编作了更为完整、系统的介绍，根据应用的要求对汇编的程序设计作了重大的补充，叙述更为系统和条理化，实例更为充实。实际上可以把这部分和有关内容抽出来作为“汇编语言程序设计”课的教材。 在修订版中，以ＩＢＭＰＣ／ＸＴ为样机，增加了完整的硬件系统的内容，增加了存储器、并行接口和串行接口这几章，详细介绍了大规模存储器芯片和８２５５Ａ、８２３７、８２５３／８２５４、８２５９、８２５０和８２５１等芯片的原理和它们在ＩＢＭＰＣ／ＸＴ中的应用。 以ＰＣＤＯＳ ３．３版为基准对ＰＣＤＯＳ部分也作了重大的修改和补充。ＤＯＳ的命令部分更完整更系统化而且补充了应用实例。特别是比较系统地、完整地介绍了ＰＣＤＯＳ的系统调用部分和如何使用，使读者能从程序员的角度来更好地使用ＰＣＤＯＳ。 总之，修订版既根据微型机和软件的发展、应用的需要，又从教材的角度考虑到先进性、系统性和实用性，又顾及到由浅入深、循序渐进对原书作了重大的修改，希望能得到读者的欢迎。书中的不足和错误之处，恳请读者指正。 本修订版的第一章至第九章由周明德同志编写，张淑玲同志做了大量的协助工作，第十章至第十二章由宋翰涛同志编写。 为便于读者选购，本书分为上、下两册装订出版，上册包括第一章至第九章，内容为１６位微型机系统原理、硬件结构和汇编语言程序设计；下册包括第十章至第十二章，内容为ＰＣＤＯＳ。上、下册是一个整体又相对独立。 周明德1990年９月 第一版前言 近年以来，微型计算机的发展十分迅猛。当我们选择计算机时，应该考虑一些什么原则呢？ 第一，我们所选择的机型，技术上应该是先进的，在世界上处于主流地位，这样就可以有大量、广泛的软硬件支持。 长城0520系列，IBM PC或PC/XT以及兼容机是符合这样要求的。 到1983年底，我国微型机的主流是以Z80 CPU为核心的，而IBM PC是以Intel 8088作为CPU。Intel 8088在性能上比Z80 CPU要高一个数量级，这主要反映在： 1 寻址方式上，8088除了有变址寻址外，还有间址加变址寻址，更适用于高级语言中的数组和记录等数据结构。 2 在指令系统上功能更强。8088的内部是16位的，即它的寄存器是16位的，运算也是16位的。所以，能完成广泛的16位的数据传送；16位的算术运算，包括各种寻址方式的加减法运算，特别是增加了16位的乘法和除法指令；16位的逻辑运算指令；16位的移位和循环操作等等。 3 8088的地址线为20条，直接寻址能力可达1M字节，这样就便于大型软件的使用，特别是汉字处理。 4 输入输出指令的功能也扩大了，可以做到16位数据的输入和输出；端口寻址也可扩大到64K个。 5 中断功能更强。最多可达到256个中断源，而且有内部中断指令，溢出中断指令，以及单步工作方式。 以8088 CPU为核心的长城0520系列，IBM PC及兼容机的内存容量可扩展到640K字节，可配有10M字节的硬盘（温盘），在性能上确实是先进的、优越的，而且在世界上处于主流地位。 第二，我们所选择的机型应该有一个完整的系列，它们在软件上应是兼容的。 应用的范围是广泛的，各种各样的，有的应用场合只要用单片机或单板机就可以了；有的就要求用0520A系统；有的就可能要求有多用户、多任务系统；有的就要求有一个局部网络等等。这个系列在软件上应该是兼容的。 IBM公司推出了一个完整的系列，可根据不同的要求加以选择。 第三，要有强大的、良好的技术服务。通常在购买机器之前要进行咨询；买了机器以后，就要求有高质量的培训来培养人材。使用机器的人的素质，是充分发挥机器效益的关键。能否获得高质量的培训，是能否迅速地把机器应用起来的先决条件。机器在经过了一段时间运行以后总是会坏的，这时，能否得到及时的良好的维修是十分重要的。为了开发应用，能否得到源源不断的软硬件支持也至关重要。 长城0520系列，在全国有近3000人的从咨询、技术培训、维修到应用开发的完整的技术服务。为了促进我国的优选系列——长城0520的广泛普及，我们编写了此教材。在编写时，我们充分考虑了培训教材的特点，一方面要脱离技术手册、使用说明书的框框，按照教材的要求，要有系统性、完整性、由浅入深、循序渐进；另一方面又充分突出实用性，在教材中引进了大量的实例以供学习和模仿。 这本教材贡献给读者四方面的内容：通过IBM PC，叙述微型计算机的原理，提供一种学习和使用微型计算机的基本工具——汇编语言；介绍一种操作系统——PCDOS的使用（命令和功能调用），介绍一种高级语言——IBM PC BASIC语言；介绍一个功能很强，用途很广而又容易使用的关系数据库——汉字 dBASEⅡ。 此教材是长城0520的用户培训教材；也是以Intel 8088为典型的普及微型计算机的教材，适用于各种技术培训班和高等学校。 本书的第一部分由周明德同志编写，第二部分由宋翰涛、关维忠、张雪兰同志编写，第三部分由冯云同志编写，第四部分由张喜英同志编写，全书由周明德同志主编。 限于编者的水平，且时间十分仓促，缺点与错误在所难免，敬请读者批评指正。 周明德1984年6月

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