微機(jī)原理與接口技術(shù)

前言

在多數(shù)非計(jì)算機(jī)工科專業(yè)的課程體系中，“微機(jī)原理與接口技術(shù)”往往是計(jì)算機(jī)系列課程之一。該課程的培養(yǎng)目標(biāo)是：加強(qiáng)學(xué)生對(duì)微型計(jì)算機(jī)硬件組成的理解，提高對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用能力，甚至硬件開發(fā)的能力，綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)的軟、硬件知識(shí)，解決本專業(yè)的實(shí)際問題。但是，目前在多數(shù)院校開設(shè)的“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程仍然是基于1978年推出的Intel 8086／8088處理器來展開的，其中所用到的8086芯片和其他接口芯片早已退出市場(chǎng)，不再使用。相對(duì)于高速發(fā)展的微型計(jì)算機(jī)技術(shù)，教材內(nèi)容顯得陳舊，難以做到學(xué)以致用，也難以滿足學(xué)生對(duì)新技術(shù)、新知識(shí)的追求。如今，嵌入式設(shè)備和系統(tǒng)隨處可見，各種智能設(shè)備都包含嵌入式微處理器或者微控制器，而嵌入式芯片就是一種高檔的微處理器。本書以ARM嵌入式芯片為基礎(chǔ)講解微機(jī)原理，希望能夠解決原來課程內(nèi)容陳舊、技術(shù)落后的問題；也希望能夠做到學(xué)以致用，解決理論和實(shí)際密切聯(lián)系的問題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。本書的基本內(nèi)容仍然包括處理器體系結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)及匯編語言編程、微機(jī)接口技術(shù)3部分。這和教指委的要求是一致的，只是在技術(shù)上更加先進(jìn)。本書結(jié)合意法半導(dǎo)體公司（ST）的STR710芯片和基于這種芯片的實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行敘述。書中所介紹的示例程序都已在這個(gè)實(shí)驗(yàn)板上調(diào)試通過。ARM芯片是32位的RISC芯片，在微處理器體系結(jié)構(gòu)方面，增加了指令流水線技術(shù)的介紹。在指令系統(tǒng)方面，RISC處理器的指令比較簡(jiǎn)單和規(guī)范，特別是傳送指令、轉(zhuǎn)移指令都比8086指令簡(jiǎn)單。但是由于指令是32位的，每條指令包含的內(nèi)容很豐富，學(xué)習(xí)時(shí)要特別注意。在匯編語言程序設(shè)計(jì)方面，要注意偽指令和指示性命令的不同。由于實(shí)際應(yīng)用開發(fā)中，應(yīng)用程序多數(shù)是用高級(jí)語言編寫的，也要注意匯編語言和高級(jí)語言混合編程的問題。在存儲(chǔ)系統(tǒng)方面，除了介紹一般的RAM、ROM外，對(duì)FLASH存儲(chǔ)器也有較多的介紹。學(xué)生應(yīng)該了解。NOR FLASH和NAND FLASH的區(qū)別。另外，還對(duì)存儲(chǔ)器和32位微機(jī)系統(tǒng)的連接進(jìn)行了較多的介紹，更加符合當(dāng)前微機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際情況。在中斷技術(shù)方面，除了介紹一般的中斷原理和中斷過程外，還介紹了ARM的兩級(jí)中斷系統(tǒng)。并對(duì)中斷向量的概念進(jìn)行了擴(kuò)展，使之具有更加普遍的意義。在接口技術(shù)方面，沒有介紹8255等接口芯片，而是介紹基于片內(nèi)寄存器的接口技術(shù)。這種接口方式，也是當(dāng)前各種單片機(jī)和其他嵌入式處理器所使用的，具有普遍的使用意義。在總線技術(shù)方面，除了介紹一般微機(jī)中使用的各種總線及其發(fā)展外，還介紹了嵌入式系統(tǒng)中廣泛使用的I2c總線和CAN總線，對(duì)于STR710的I2C總線接口及應(yīng)用進(jìn)行了介紹。STR710芯片功能較強(qiáng)，各種專用寄存器很多，講課時(shí)可以根據(jù)情況酌情選擇。本書由徐惠民主編，參加編寫的還有劉瑞芳、李濤、李哲。由于作者水平有限，書中不足之處在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書是基于嵌入式芯片的“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的新教材。教材的基本內(nèi)容符合教育部計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)對(duì)該課程的基本要求。本書內(nèi)容包括微型計(jì)算機(jī)概論、ARM技術(shù)概論、ARM微處理器的指令系統(tǒng)、ARM匯編程序設(shè)計(jì)、ARM高級(jí)語言編程、存儲(chǔ)器、STR710F芯片及其存儲(chǔ)系統(tǒng)、中斷技術(shù)、I/O接口技術(shù)和總線技術(shù)?！　”緯勺鳛楦叩仍盒ｋ娮有畔⒐こ獭⑼ㄐ殴こ?、電子科學(xué)與技術(shù)、電子工程、自動(dòng)化等專業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)硬件基礎(chǔ)課程的教材，也可作為ARM技術(shù)培訓(xùn)教材和有關(guān)人員的自學(xué)教材。

書籍目錄

出版說明? 前言 第1章 微型計(jì)算機(jī)概論 　1.1 微型計(jì)算機(jī)概述? 　　1.1.1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 　　1.1.2 微處理器的發(fā)展? 　　1.1.3 CISC 與 RISC? 　　1.1.4 微型計(jì)算機(jī)的兩個(gè)重要分支 　1.2 微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理? 　　1.2.1 馮·諾依曼結(jié)構(gòu)? 　　1.2.2 微機(jī)主要組成部分的結(jié)構(gòu)及功能 　　1.2.3 馮·諾依曼存儲(chǔ)程序工作原理 　　1.2.4 指令流水原理? 　1.3 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示? 　　1.3.1 機(jī)器數(shù)和真值? 　　1.3.2 原碼? 　　1.3.3 反碼? 　　1.3.4 補(bǔ)碼? 　1.4 習(xí)題? 第2章 ARM技術(shù)概論? 　2.1 ARM技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用? 　　2.1.1 ARM處理器的應(yīng)用領(lǐng)域 　　2.1.2 ARM處理器的特點(diǎn)? 　2.2 ARM處理器的體系? 　　2.2.1 ARM體系結(jié)構(gòu)的版本 　　2.2.2 ARM體系結(jié)構(gòu)的變型 　　2.2.3 ARM體系結(jié)構(gòu)版本的命名方式 　　2.2.4 ARM處理器的各系列家族 　2.3 ARM處理器的工作狀態(tài)和運(yùn)行模式 　　2.3.1 ARM處理器直接支持的數(shù)據(jù)類型 　　2.3.2 ARM處理器的工作狀態(tài) 　　2.3.3 ARM處理器的運(yùn)行模式 　2.4 ARM處理器寄存器的組織與結(jié)構(gòu)? 　　2.4.1 ARM狀態(tài)下的寄存器組織 　　2.4.2 Thumb狀態(tài)下的寄存器組織 　　2.4.3 程序狀態(tài)寄存器? 　2.5 ARM7TDMI處理器的功能結(jié)構(gòu)? 　　2.5.1 ARM7TDMI的3級(jí)流水線 　　2.5.2 ARM7TDMI對(duì)存儲(chǔ)器的訪問 　　2.5.3 ARM7TDMI的內(nèi)核、模塊和功能結(jié)構(gòu)圖 　2.6 ARM7TDMI處理器的時(shí)序與指令周期 　　2.6.1 時(shí)序的概念? 　　2.6.2 時(shí)鐘周期、指令周期及總線周期 　　2.6.3 ARM7TDMI的總線周期? 　　2.6.4 ARM7TDMI處理器的指令周期? 　2.7 ARM處理器的選型問題? 　2.8 STR710F處理器概述? 　　2.8.1 STR710F內(nèi)部結(jié)構(gòu)? 　　2.8.2 STR710F外部引腳? 　2.9 習(xí)題? 第3章 ARM微處理器的指令系統(tǒng) 　3.1 ARM微處理器的指令結(jié)構(gòu)? 　　3.1.1 ARM微處理器的指令集分類 　　3.1.2 ARM微處理器指令的格式 　　3.1.3 ARM微處理器指令的條件域 　3.2 ARM微處理器指令集的尋址方式 　　3.2.1 立即尋址 ? 　　3.2.2 寄存器尋址 　　3.2.3 寄存器間接尋址 　　3.2.4 寄存器偏移尋址? 　　3.2.5 基址變址尋址 　　3.2.6 多寄存器尋址 　　3.2.7 相對(duì)尋址? 　　3.2.8 堆棧尋址? 　3.3 ARM微處理器的指令集 ? 　　3.3.1 跳轉(zhuǎn)指令? 　　3.3.2 數(shù)據(jù)處理指令? 　　3.3.3 乘法指令與乘加指令 　　3.3.4 程序狀態(tài)寄存器訪問指令 　　3.3.5 ARM7TDMI微處理器的存儲(chǔ)器訪問指令 　　3.3.6 異常產(chǎn)生指令? 　　3.3.7 偽指令? 　3.4 Thumb指令及應(yīng)用? 　　3.4.1 Thumb指令集簡(jiǎn)介 　　3.4.2 Thumb指令集與ARM指令集的區(qū)別 　3.5 ARM和Thumb交叉工作? 　　3.5.1 狀態(tài)的切換? 　　3.5.2 ARM和Thumb函數(shù)之間的調(diào)用 　3.6 習(xí)題? 第4章 ARM匯編程序設(shè)計(jì) 第5章 ARM高級(jí)語言編程 第6章 存儲(chǔ)器?第7章 STR710F芯片及其存儲(chǔ)系統(tǒng) 第8章 中斷技術(shù)? 第9章 I/O接口技術(shù)? 第10章 總線技術(shù)? 附錄參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 微型計(jì)算機(jī)概論本章介紹了微型計(jì)算機(jī)的組成、發(fā)展歷史，RISC結(jié)構(gòu)和CISC結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，講解了微型計(jì)算機(jī)的工作原理，特別介紹了在現(xiàn)代嵌入式處理器中經(jīng)常使用指令流水的原理；最后介紹了計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示，特別是負(fù)數(shù)的表示。1.1 微型計(jì)算機(jī)概述1971年，電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了第四代。第四代電子計(jì)算機(jī)通常可以分為巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型機(jī)5類。但以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理來說，微型計(jì)算機(jī)和其他幾類計(jì)算機(jī)并無本質(zhì)區(qū)別，只是在體積、性能和應(yīng)用范圍方面有所不同。微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展以微處理器為核心，它具有體積小、功耗低、重量輕、價(jià)格低、可靠性高及使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此獲得了廣泛的應(yīng)用和迅速的發(fā)展。1.1.1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)定義了微型計(jì)算機(jī)的3個(gè)層次結(jié)構(gòu)，是學(xué)習(xí)微型計(jì)算機(jī)原理時(shí)必須要搞清楚的3個(gè)概念。1.微處理器微處理器（Microprocessor）簡(jiǎn)稱uP或MP，是指由一片或幾片大規(guī)模集成電路組成的具有運(yùn)算和控制功能的中央處理器件，它通常以單芯片的形式出現(xiàn)。在很多書籍或日常用語中把微處理器與CPu之間劃上了等號(hào)，其實(shí)兩者之間是有細(xì)微區(qū)別的。CPU的概念在第四代計(jì)算機(jī)之前已經(jīng)出現(xiàn)。在當(dāng)時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)算和控制開始采用獨(dú)立的部件來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)部件被稱為中央處理單元（Central Processingunit），這是CPU的原始定義，它是對(duì)計(jì)算機(jī)的一個(gè)功能部件的稱呼，當(dāng)時(shí)的CPU通常由一塊或多塊電路板構(gòu)成。此后，CPu成為任何計(jì)算機(jī)都必須具備的部件，其設(shè)計(jì)制造先后經(jīng)歷了電子管、晶體管和集成電路方式。微處理器是在單個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)的CPU。它是設(shè)計(jì)制造CPU的一種方式。微處理器既可以單個(gè)獨(dú)立地工作，也可以多個(gè)協(xié)同工作。當(dāng)前的各種大、中、小型計(jì)算機(jī)的CPU通常由多個(gè)微處理器的集合構(gòu)成；而微型計(jì)算機(jī)的CPU通常由一個(gè)微處理器構(gòu)成。為區(qū)別大、中、小型計(jì)算機(jī)的CPU與微型計(jì)算機(jī)的CPU，又把微型計(jì)算機(jī)的CPU稱為MPU（MicroprocessingUnit）。

編輯推薦

《微機(jī)原理與接口技術(shù)(基于嵌入式芯片)》為北京市高等教育精品教材立項(xiàng)項(xiàng)目。

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