Начало 70-х годов ознаменовалось рождением нового и, как оказалось, весьма перспективного и беспрецедентного по своим последствиям направления в развитии вычислительной техники — в 1971 г. был выпущен первый в мире микропроцессор. С тех пор за короткое время появилось несколько поколений микропроцессоров, а для прогнозирования перспектив их будущих применений не хватает даже самой богатой фантазии.
Микропроцессоры, а в более общем плане — большие и сверхбольшие интегральные схемы, революционизируют вычислительную технику в том отношении, что она становится все более дешевой, массовой и надежной, а ее применение оказывается экономически эффективным практически во всех областях народного хозяйства. По существу, микропроцессорная техника является фундаментом грандиозной программы компьютеризации общества.
За прошедшие годы в микропроцессорной технике сформировались три крупных направления:
1. Разработка однокристальных микропроцессоров с фиксированными длиной слова и системой команд. Эти микропроцессоры представляют собой то, что традиционно называется центральным процессором, и для организации функционально законченной системы требуют памяти и средств ввода-вывода.
2. Создание однокристальных микроЭВМ (микрокомпьютеров), содержащих на кристалле все главные компоненты системы — центральный процессор (по-прежнему процессор имеет фиксированную длину слова и систему команд), память и средства ввода-вывода. Конечно, каждая из этих компонент обладает пока сравнительно ограниченными возможностями, но тем не менее на базе однокристальных компьютеров реализуются контроллеры, содержащие всего несколько микросхем.
3. Выпуск секционных микропроцессоров с микропрограммным управлением, рассчитанных на проектирование специализированных систем, в которых разработчик может определять оптимальные длину слова и систему внешних (машинных) команд.
Очевидно, не имеет смысла спорить о преобладающем значении того или иного направления, но в США семейства однокристальных микропроцессоров представлены наиболее широко. Достаточно сказать, что они применяются практически во всех персональных компьютерах, в частности, микропроцессор 8088 является ядром персонального компьютера фирмы IBM. Предлагаемая вниманию читателей книга известных американских авторов посвящена именно однокристальным микропроцессорам.
История развития однокристальных микропроцессоров показывает их эволюцию от первого 4-битного микропроцессора 400-4 через 8- и 16-битные . устройства к новейшим 32-битным процессорам, функциональные возможности которых превосходят возможности процессоров крупных компьютеров недавнего прошлого. Сейчас в электронной продукции США и других стран важную роль играют 16-битные микропроцессоры. Об этом свидетельствует хотя бы динамика их мирового объема продажи (но данным журнала "Электроника"): 1984 г. - 440 млн дол., 1985 550 млн дол. и 198б г. -690 млн дол. К 1990 г. он достигнет 2 - 3 млрд, дол. Поэтому ориентация настоящей книги на 16-битные микропроцессоры 8086/8088 фирмы Intel, которая оказывает заметное влияние на прогресс зарубежной микропроцессорной техники, вполне обоснована. Наличие отечественного аналога микропроцессора 8086 делает книгу достаточно актуальной и для советских читателей.
Интересующиеся микропроцессорной техникой, очевидно, знакомы с предыдущей книгой Г. А. Гибсона и Ю-Ч. Лю "Аппаратные и программные средства микроЭВМ", выпущенной издательством "Финансы и статистика" в 1983 г. и посвященной 8-битному микропроцессору 8080. Настоящая же книга является своеобразным шагом вперед и отражает новые достижения в микропроцессорной технике.
Среди достоинств книги отметим высокий методический уровень изложения материала, широту охвата многочисленных вопросов, возникающих при переходе на новый уровень микросистем, практическую направленность содержания и наличие множества программ и схемных конфигураций. Завершающие каждую главу упражнения помогают закрепить изучаемый материал.
Мы не будем давать обзора содержания книги, так как он имеется в предисловии авторов. Отметим все же, что в ней рассмотрены не только собственно микропроцессоры 8086/8088, но и множество программируемых интерфейсных микросхем, которые представляют самостоятельный интерес. Кроме того, большое практическое значение имеют мультипроцессорные конфигурации с арифметическим сопроцессором и процессором ввода-вывода. Но, разумеется, невозможность "объять необъятное" сказалась и в данной книге — часть вопросов изложена недостаточно подробно, и авторы неоднократно отсылают читателя к фирменным руководствам.
Круг читателей, на который рассчитана книга, достаточно широк. Много полезного найдут в ней инженерно-технические работники, занятые разработкой аппаратных и программных средств микросистем. Книга вполне доступна (за исключением, возможно, отдельных вопросов, связанных со схемотехникой) инженерам многих смежных специальностей. Ее можно рекомендовать студентам-старшекурсникам высших учебных заведений, специализирующимся в области вычислительной техники (собственно, книга и написана как учебное пособие).
При переводе книги мы стремились придерживаться максимального соответствия авторской терминологии. Например, в тексте фигурируют термины "программируемый связной интерфейс" и "параллельный периферийный интерфейс" вместо употребляемых в нашей литературе терминов "програм-
мируемый адаптер последовательного интерфейса" и "программируемый адаптер параллельного интерфейса". Вместо терминов "микропроцессорная система" и "микрокомпьютерная система" используется более короткий юрмин "микросистема". Наконец, мы решились отказаться от аббревиатуры ЭВМ и заменить ее термином "компьютер", от которого легко происходят такие слова, как "компьютеризация", "компьютерный" и др. Было решено также пользоваться в книге минимумом сокращений, которые при их чрезмерном употреблении затрудняют восприятие изучаемого материала. Наиболее широко применяются следующие сокращения: ЦП — центральный процессор, ЗУПВ - запоминающее устройство с. произвольной выборкой, ПДП -прямой доступ к памяти и ПВВ — процессор ввода-вывода.
В заключение выражаю надежду, что хорошая книга Ю-Ч. Лю и Г. Гибсона будет с интересом (и, возможно, даже с удовольствием) воспринята советскими читателями.
В. Л. Григорьев
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие к русскому изданию................................. j
Предисловие.............................................. g
1. Введение...............................................до
1.1. Обзор микросистем......................................до
1.1.1. Аппаратные средства.................................ц
1.1.2. Программные средства................................lj
1.2. Представление данных.....................................14
1.2.1. Двоичный формат...................................1J
1.2.2. Двоично-кодированный десятичный формат..................19
1.2.3. Буквенно-цифровые коды.............................21
1.3. Адреса...............................................22
1.4. Принципы действия компьютера..............................24
1.5. Микропроцессоры в проектировании цифровых систем................21
Упражнения. . .............................................Зф
2. Архитектура микропроцессора 8086..............................31
2.1. Архитектура центрального процессора...........................33
2.2. Внутренние операции микропроцессора..........................39
2.3. Машинные команды......................................40
2.3.1. Режимы адресации..................................41
2.3.2. Форматы команд...................................44
2.4. Время выполнения команд..................................ЗЙ
2.5. Микропроцессор 8088.....................................$1
Упражнения...............................................55
3. Программирование на языке ассемблера...........................Sjf
3.1. Формат ассемблерных команд................................5»
3.2. Команды передач данных....................................бв
3.3. Арифметические команды..................................65
3.3.1. Двоичная арифметика...............................• №
3.3.2. Арифметика упакованных BCD-чисел.......................t»
3.3.3. Арифметика неупакованных BCD-чисел.....................t4
3.4. Команды переходов.....................................•• t .
3.4.1. Команды условных переходов...........................*
3.4.2. Команды безусловных переходов.........................,в
3.5. Команды циклов........................................™
3.6. Холостая команда и команда останова..........................•*
3.7. Команды манипуляций флажками............................»J
3.8. Логические команды......................................If
508
3.9. Команды сдвигов....................................... 92
3.10. Директивы и операторы................................... 96
3.10.1. Определение данных и распределение памяти................ 96
3.10.2. Структуры......................................101
3.10.3. Записи........................................104
3.10.4. Назначение имен выражениям..........................105
3.10.5. Определения сегментов..............................106
3.10.6. Окончание программы..............................108
3.10.7. Директивы выравнивания............................109
3.10.8. Атрибутные операторы, возвращающие значение..............ПО
3.11. Процесс ассемблирования.................................Ш
3.12. Трансляция ассемблерных команд............................118
Упражнения..............................................126
4. Модульное программирование................................131
4.1. Редактирование связей и перемещение..........................133
4.1.1. Объединение сегментов..............................135
4.1.2. Обращения к внешним идентификаторам...................137
4.2. Стеки..............................................142
4.3. Процедуры...........................................145
4.3.1. Вызовы, возвраты и определения процедур..................146
4.3.2. Запоминание и восстановление регистров..........•.........150
4.3.3. Взаимодействие процедур.............................151
4.3.4. Рекурсивные процедуры..............................156
4.4. Прерывания и процедуры прерываний..........................157
4.5. Макрокоманды........................................162
4.5.1. Макросредства ASM-86...............................163
4.5.2. Локальные метки..................................165
4.5.3. Вложенные макрокоманды............................166
4.5.4. Управляемое расширение и другие функции.................168
4.6. Проектирование программы................................171
4.7. Пример проектирования программы...........................179
Упражнения..............................................187
5. Манипуляции байтами и цепочками.............................192
5.1. Цепочечные команды....................................193
5.2. Префикс повторения.....................................197
5.3. Пример редактора текста..................................199
5.4. Табличное преобразование.................................204
5.5. Преобразования форматов чисел.............................206
Упражнения..............................................210
6. Программирование ввода-вывода..............................211
6.1. Общие принципы ввода-вывода..............................213
6.2. Программный ввод-вывод.................................218
6.3. Ввод-вывод по прерывайиям................................222
6.4. Блоковые передачи и прямой доступ к памяти.....................232
6.5. Пример проектирования системы ввода-вывода....................241
Упражнения............................................ 248
509
7. Введение в мультипрограммирование.............................251
7.1. Управление процессами....................................25<
7.2. Семафорные операции....................................263
7.3. Разделение общих процедур.................................2б<
7.4. Управление памятью......................................27(
7.5. Виртуальная память......................................27*
Упражнения...............................................283
8. Структура системной шины...................................2&
8.1. Базовые конфигурации микропроцессоров 8086/8088.................281
8.1.1. Минимальный режим.................................29i
8.1.2. Максимальный режим................................29<
8.2. Временные диаграммы системной шины..........................30i
8.3. Управление приоритетными прерываниями........................3ft
8.3.1. Система прерываний с одним контроллером..................30)
8.3.2. Система прерываний с несколькими контроллерами.............31'
8.4. Стандарты шины........................................ЗИ
Упражнения...............................................31'
9. Интерфейсы ввода-вывода....................................32
9.1. Интерфейсы последовательной связи............................32;
9.1.1. Асинхронная связь..................................32
9.1.2. Синхронная связь...................................3?
9.1.3. Стандарты физической связи............................32
9.1.4. Программируемый связной интерфейс......................33
9.2. Параллельная связь......................................34
9.2.1. Программируемый периферийный интерфейс..................34
9.2.2. Пример использования................................34
9.3. Программируемые таймеры и счетчики событий.....................Щ
9.3.1. Программируемый интервальный таймер....................35(
9.3.2. Применение таймера в аналого-цифровой подсистеме.............3$
9.4. Клавиатура и индикатор....................................35
9.4.1. Схема клавиатуры..................................33
9.4.2. Схема индикатора...................................3^
9.4.3. Контроллер клавиатуры/индикатора.......................'35
9.5. Контроллеры прямого доступа к памяти.........................36;
9.6. Контроллеры накопителей на гибких дисках .......................37
9.7. Интерфейсы максимального режима и 16-битной шины................38
Упражнения...............................................3?
10. Полупроводниковая память..................................39|
10.1. Общая организация памяти.................................39
10.2. Статические ЗУПВ.......................................39>
10.3. Динамические ЗУПВ......................................40
10.4. Резервное питание для полупроводниковой памяти..................Щ
10.5. Постоянные запоминающие устройства..........................4t
Ц. Мультипроцессорные конфигурации.............................416
11.1. Состояние очереди команд и блокировка шины....................419
11.2. Мультипроцессорные системы на базе микропроцессоров 8086/8088........422
11.2.1. Сопроцессорные конфигурации..........................422
11.2.2. Сильно связанные конфигурации.........................426
11.2.3. Слабо связанные конфигурации..........................429
11.2.4. Микрокомпьютерные сети.............................442
11.3. Процессор числовых данных.................................442
11.3.1. Типы данных.....................................443
11.3.2. Архитектура процессора..............................447
11.3.3. Система команд....................................450
11.3.4. Пример.........................................459
11.4. Процессор ввода-вывода...................................460
11.4.1. Архитектура процессора ввода-вывода..................... 463
11.4.2. Взаимодействие центрального процессора и процессора ввода-вывода . . 467
11.4.3.. Система команд.................................... 475
11.4.4. Примеры........................................ 478
Упражнения...............................................480
12. Новые сверхбольшие интегральные схемы......................... 482
12.1. Микросхема 80130....................................... 483
12.2. Микросхема 80186....................................... 487
12.3. Микросхема 80286....................................... 494
Приложение. Система команд микропроцессоров 8086/8088................ 500
Список литературы.......................................... 505
Список книг, переведенных на русский язык.......................... 507
Цена: 150руб.
