前言
汇编语言与计算机接口技术是各高等学校计算机及信息类专业学生必修的专业基础课程。汇编语言的显著特点是可以直接控制硬件并充分发挥计算机硬件的功能,对于编写高性能的系统软件和需实时响应的应用软件具有不可忽视的作用;微机接口技术则侧重于计算机硬件的结构和I/O系统的组成,是实现高性能的存储与网络设备、提升计算机硬件性能所必须研究与解决的核心技术。
随着高等学校教学改革的深入,将汇编语言与微机接口技术结合起来,以IEEE/ACM CS2013课程体系为指导,融合为一门新的计算机基础专业课程,已经为许多高校所采用。为了满足新形势下计算机与信息类专业课程建设和教学内容改革的需求,作者在多年承担汇编语言、微机接口技术教学实践的基础上,积极跟踪汇编语言与计算机接口技术的最新发展,按照高等学校课程体系的要求,对标国际一流大学及CS2013课程体系,在对国内外汇编语言与接口技术教材进行充分调研的基础上,结合在相关科研项目中所取得的研究成果,进行了本教材的编写。
教材的编写在强调理论的基础上,着力引导学生进行实践,激发学生的主动性及创新能力。与国内现有同类教材比较,本教材的特色及创新包括以下几点:
1.教材内容新颖
教材着眼于32位计算机的汇编语言与接口技术,大量增加了反映现代计算机领域内的先进技术的教学内容,体现计算机硬件技术的升级换代,淘汰了同类教材中比较陈旧的内容。在汇编语言程序设计方面,教材主要内容和实例程序以Windows操作系统及保护模式为主,对于学生了解现代计算机内部运行机制和操作系统细节、训练学生掌握最新的程序设计和调试技术等都具有重要的作用。在接口技术方面,去除传统的ISA、IDE等数据传输接口内容,增加了USB3.0、Wi-Fi等新的接口类型。相比于同类教材,本教材新增及加强的主要内容包括保护模式的原理及编程模型、多核技术、浮点运算寄存器结构及程序设计、高级可编程中断机制APIC、USB总线技术及应用等。
2.组织结构合理
在组织形式上,教材编写过程中放弃了传统的知识点简单堆叠、汇编指令的简单罗列及芯片手册似的技术介绍,在结合典型应用的基础上,将汇编语言和接口技术融合,在对CPU、硬件底层充分了解的基础上掌握汇编语言程序设计的基本方法和接口技术的基本原理,培养学生的硬件组成与设计思维,强调并介绍最新接口技术,并用汇编语言实现其典型应用。教材的编写遵循循序渐进的原则,注重从理论基础到实践应用的过渡,以微处理器、总线、外围接口为核心内容,将汇编语言与PCI、USB、DMA、中断机制、保护模式、无线接口等具体应用紧密结合,在宏观上勾画出计算机硬件系统架构的同时,结合具体的程序设计技术,使学生对现代计算机系统具有更加全面深入的了解。
3.理论与实践结合
本教材贯穿了理论、实践应用于一体的思想,重点突出了理论与实践相结合。本书的大部分实例内容来自编者多年的科研总结和项目成果,是学生口中“有用的”技术,能够极大地激发了学生的学习兴趣。本教材在编写过程中,注重将计算机中的各种复杂抽象的原理实例化,在介绍功能及概念之后,结合实例说明它们的应用,通过这种方式,使读者在获得知识的同时,还能够学会灵活地运用这些知识。书中通过屏幕截图、运行实例程序等手段,将抽象的计算机部件的运行机制以易于理解的形式展现出来,便于学生学习和掌握。
4.开放式的实验环境
汇编与接口课程是实践性比较强的课程,需要通过实验加强学生对现代微机更深层次的理解,并且提高学生的动手能力。但是我们通过调研发现,大部分同类教材须依赖于某种实验箱或者实验设备才能搭建实验环境,使实验过程受到限制。同时,不同高校间由于实验设备的不同,不方便开展交流,且微机实验设备的更新换代需要大量投资等,为了解决这些问题,本教材采用开放式的实验环境和配套实验,只要有微机,就能开展接口实验,摆脱了实验箱的限制。本教材提供的实验均可以在基于Intel 80x86系列的微机上进行,利用最接近实用的技术,采用目前主流微机的接口,直接在微机主板上开展实验,既具有最大的广泛性,有利于推广,又具有最大的实用性,能极大地激发学生的学习兴趣。
参加本书编写的均为多年工作在教学和科研第一线、有着丰富经验的教师,本书适合用作高等院校计算机与信息类专业的课程教材。全书由李元章组织编写,参加本书各章节包括习题和实验设计与编写的还有王娟、张全新、张华平和谭毓安。李元章、谭毓安统阅了全稿。
本书在编写过程中得到了北京理工大学教务处的大力支持,在此表示诚挚的谢意,并对所参考的国内外教材和资料的创作者致以衷心感谢。
由于计算机技术发展迅速,再加上作者水平有限,书中难免会有不足之处,殷切希望得到广大同仁和读者的批评指正。
编者