计算机技术第一章

1、编辑ppt1Pentium系列微型系列微型计算机原理与接口技术计算机原理与接口技术编辑ppt2第第1章章 微处理机基础知识微处理机基础知识1.1 概述概述几个基本概念几个基本概念 ：1. 微处理器（微处理器（Microprocessor，简称，简称MP或或P）:通常是指在一块大规模或超大规模集通常是指在一块大规模或超大规模集成电路芯片上，把冯成电路芯片上，把冯诺依曼计算机体系结诺依曼计算机体系结构中的运算器和控制器集成进去。构中的运算器和控制器集成进去。编辑ppt3 微型计算机（微型计算机（Microcomputer，简称，简称MC或或C）：是以微处理器为核心，配上用大规）：是以微处理器为核心

2、，配上用大规模集成电路制作的存储器、输入输出接口电模集成电路制作的存储器、输入输出接口电路以及系统总线等部件的路以及系统总线等部件的“裸机裸机”，它包含，它包含冯冯诺依曼计算机体系结构中的五个部件。诺依曼计算机体系结构中的五个部件。特别要指出的是特别要指出的是，单片计算机和单板计算机。，单片计算机和单板计算机。 微型计算机系统（微型计算机系统（Microcomputer System，简称，简称MCS或或CS）:是以微型计算是以微型计算机为核心，配置相应的外部设备和系统软件机为核心，配置相应的外部设备和系统软件及应用软件，从而使其具有独立的数据处理及应用软件，从而使其具有独立的数据处理和运算能

3、力的设备。和运算能力的设备。编辑ppt4图1-1微型计算机系统、微型计算机和微处理器相互关系编辑ppt5 1.2 微型计算机的硬件结构和基本工作原理微型计算机的硬件结构和基本工作原理 1.2.1 微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构微型计算机系统的一系列特点：微型计算机系统的一系列特点： 体积小，重量轻。体积小，重量轻。 价格低。价格低。 可靠性高，结构灵活。可靠性高，结构灵活。 应用面广。应用面广。 功能强，性能优越。功能强，性能优越。编辑ppt6 微计算机通常由微处理器、存储器、输出输入接微计算机通常由微处理器、存储器、输出输入接口电路、总线以及其他支持逻辑电路组成。口电路、总线以及其

4、他支持逻辑电路组成。 图图1-2 微计算机组成微计算机组成原理框图原理框图编辑ppt71.2.2 中央处理器（中央处理器（CPU）1.基本结构和工作原理基本结构和工作原理 图1-3典型CPU的基本结构编辑ppt8中央处理器主要包括运算器和控制器两大部件中央处理器主要包括运算器和控制器两大部件 ：运算器运算器 运算器的组成决定于整机的设计思想和设计要求，运算器的组成决定于整机的设计思想和设计要求，采用不同的运算方法将导致不同的运算器组成。采用不同的运算方法将导致不同的运算器组成。 运算器主要由算术逻辑单元运算器主要由算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、累加器）、累加

5、器Acc（Accumulator）、）、状态寄存器状态寄存器FR（Flag Register）和寄存器组）和寄存器组RS（Register Set）组成。）组成。 运算器的设计主要是围绕着运算器的设计主要是围绕着ALU和寄存器同数据和寄存器同数据总线之间如何传送操作数和运算结果而进行的。总线之间如何传送操作数和运算结果而进行的。 编辑ppt9（1）算术逻辑部件）算术逻辑部件ALU。ALU 主要完成对二进制信息主要完成对二进制信息的定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作。算术运的定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作。算术运算主要包括定点加、减、乘和除运算。算主要包括定点加、减、乘和除运算。（2）通

6、用寄存器组。它主要用来保存参加运算的操作）通用寄存器组。它主要用来保存参加运算的操作数和运算的结果。早期的机器只设计一个寄存器，用数和运算的结果。早期的机器只设计一个寄存器，用来存放操作数、操作结果和执行移位操作，由于可用来存放操作数、操作结果和执行移位操作，由于可用于存放重复累加的数据，所以常称为累加器。通用寄于存放重复累加的数据，所以常称为累加器。通用寄存器均可以作为累加器使用。存器均可以作为累加器使用。 通用寄存器同时可以兼作专用寄存器，包括用于计算通用寄存器同时可以兼作专用寄存器，包括用于计算操作数的地址。例如，可作为变址寄存器、程序计数操作数的地址。例如，可作为变址寄存器、程序计数器

7、（器（PC）、堆栈指示器（）、堆栈指示器（SP）等。必须注意的是，）等。必须注意的是，不同的机器对这组寄存器使用的情况和设置的个数是不同的机器对这组寄存器使用的情况和设置的个数是不相同的。不相同的。 编辑ppt10（3）状态寄存器。用来记录算术、逻辑运算或测试操）状态寄存器。用来记录算术、逻辑运算或测试操作的结果状态。程序设计中，这些状态通常用作条作的结果状态。程序设计中，这些状态通常用作条件转移指令的判断条件，所以又称为条件码寄存器。件转移指令的判断条件，所以又称为条件码寄存器。 一般均设置如下几种状态位：一般均设置如下几种状态位： 零标志位（零标志位（Z）。）。 负标志位（负标志位（N）。

8、）。 溢出标志位（溢出标志位（V）。）。 进位或借位标志（进位或借位标志（C）。）。 除上述状态外，状态寄存器还常设有保存有关除上述状态外，状态寄存器还常设有保存有关中断和机器工作状态（用户态或核心态）等信息的中断和机器工作状态（用户态或核心态）等信息的一些标志位，以便及时反映机器运行程序的工作状一些标志位，以便及时反映机器运行程序的工作状态，所以有的机器称它为态，所以有的机器称它为“程序状态字程序状态字”或或“处理处理机状态字机状态字”（Processor Status Word，PSW ）。）。编辑ppt112）控制器）控制器 控制器是计算机工作的指挥和控制中心，计算机按程序中控制器是计算

9、机工作的指挥和控制中心，计算机按程序中每一条指令的要求，在控制器的统一指挥下工作。每一条指令的要求，在控制器的统一指挥下工作。 控制器的基本功能如下：控制器的基本功能如下：（1）执行指令。包括取指令，分析指令与执行指令。）执行指令。包括取指令，分析指令与执行指令。 取指令时，控制器首先发出指令地址及控制信号，然后从存取指令时，控制器首先发出指令地址及控制信号，然后从存储器中取出一条指令到控制器。储器中取出一条指令到控制器。 分析指令也叫解释指令或指令译码，是指出本指令要作什么分析指令也叫解释指令或指令译码，是指出本指令要作什么操作，并产生相应的操作控制命令，分析参与这次操作的各操操作，并产生相

10、应的操作控制命令，分析参与这次操作的各操作数所在的地址，即操作数的有效地址。作数所在的地址，即操作数的有效地址。 执行指令是根据分析指令时产生的执行指令是根据分析指令时产生的“操作命令操作命令”和和“操作数地操作数地址址”形成相应的操作控制信号序列，并通过存储器、运算器以形成相应的操作控制信号序列，并通过存储器、运算器以及输入输出设备的执行来实现每条指令的功能。及输入输出设备的执行来实现每条指令的功能。编辑ppt12（2）控制程序和数据的输入及结果的输出。程序和数据预先）控制程序和数据的输入及结果的输出。程序和数据预先存放在存储器中，运算结果要输出以及在执行上述操作时，存放在存储器中，运算结果

11、要输出以及在执行上述操作时，常采用的常采用的I/O指令都要由控制器统一指挥，以便完成主机和指令都要由控制器统一指挥，以便完成主机和I/O设备之间的信息交换。设备之间的信息交换。 （3）异常情况和某些请求的处理。计算机在运行时往往会遇）异常情况和某些请求的处理。计算机在运行时往往会遇到一些异常情况或某些请求，产生这些请求或异常情况事先到一些异常情况或某些请求，产生这些请求或异常情况事先无法预测，但是一旦发生，无法预测，但是一旦发生，CPU应该立即对它们作出响应，应该立即对它们作出响应，这就要求控制器具有处理这类问题的功能。通常当这些情况这就要求控制器具有处理这类问题的功能。通常当这些情况出现时，

12、由相应部件或设备向出现时，由相应部件或设备向CPU发出发出“中断请求中断请求”信号，信号，待执行完当前指令后，待执行完当前指令后，CPU响应该请求，中止当前执行的程响应该请求，中止当前执行的程序，转去执行中断程序，以便处理这些请求。当处理完毕后，序，转去执行中断程序，以便处理这些请求。当处理完毕后，再返回原程序继续执行。再返回原程序继续执行。编辑ppt13 控制部分包括程序计数器控制部分包括程序计数器PC（Program Counter）、指令）、指令寄存器寄存器IR（Instruction Register）、指令译码器）、指令译码器ID（Instruction Decoder）以及控制信号

13、发生电路等。）以及控制信号发生电路等。图图1-4 控制器组成示意图控制器组成示意图编辑ppt14（1）程序计数器）程序计数器PC。用以存放将要执行的下一条指。用以存放将要执行的下一条指令在内存中的地址，又称为指令地址寄存器。它应令在内存中的地址，又称为指令地址寄存器。它应该能够指出内存中的任一地址，其位数通常与内存该能够指出内存中的任一地址，其位数通常与内存的地址寄存器位数相等。为了保证程序的连续执行，的地址寄存器位数相等。为了保证程序的连续执行，CPU必须具备某些手段来确定下一条指令的地址，必须具备某些手段来确定下一条指令的地址，程序计数器正是为此而设置的，因此又称为指令计程序计数器正是为此

14、而设置的，因此又称为指令计数器。数器。（2）指令寄存器）指令寄存器IR。用以存放当前正在执行的指令，。用以存放当前正在执行的指令，以便在指令执行过程中，完成一条指令的全部控制以便在指令执行过程中，完成一条指令的全部控制功能。功能。（3）指令译码器。指令译码器主要是对指令寄存器中）指令译码器。指令译码器主要是对指令寄存器中的操作码进行分析解释，产生相应的控制信号，有的操作码进行分析解释，产生相应的控制信号，有的机器也需要对寻址方式字段进行译码，用以产生的机器也需要对寻址方式字段进行译码，用以产生有效地址所需的信号。有效地址所需的信号。编辑ppt15（4）时序部件。产生各种时序信号的部件，计算机）

15、时序部件。产生各种时序信号的部件，计算机完成一条指令的过程是通过执行若干个微操作来实完成一条指令的过程是通过执行若干个微操作来实现的，而且各个微操作的执行顺序又有严格的要求。现的，而且各个微操作的执行顺序又有严格的要求。时序部件用来产生一系列的时序信号，可以保证各时序部件用来产生一系列的时序信号，可以保证各个微操作的执行顺序。个微操作的执行顺序。（5）微操作控制信号形成部件。所谓微操作，即计）微操作控制信号形成部件。所谓微操作，即计算机中最简单的且不能再分解的操作，如打开某个算机中最简单的且不能再分解的操作，如打开某个控制门、寄存器的清除脉冲等。复杂操作是通过执控制门、寄存器的清除脉冲等。复杂

16、操作是通过执行一系列微操作实现的。行一系列微操作实现的。（6）中断机构。是专门用于处理计算机运行过程中）中断机构。是专门用于处理计算机运行过程中所出现的异常情况和某些请求的部件。中断机构由所出现的异常情况和某些请求的部件。中断机构由硬件和软件组成。请求中断的事件称为中断源。硬件和软件组成。请求中断的事件称为中断源。编辑ppt16 处理指令和处理中断是中央处理机的处理指令和处理中断是中央处理机的2个最个最基本的功能。基本的功能。 编辑ppt171.2.3 存储器存储器 图图1-5存储体系存储体系编辑ppt18存储器就是用来存储信息的部件。存储器就是用来存储信息的部件。特点：外形体积越来越小，容量

17、却越来越大，速度也特点：外形体积越来越小，容量却越来越大，速度也越来越高，价格越来越低，寿命越来越长，并且一越来越高，价格越来越低，寿命越来越长，并且一个系统所采用的存储器类型也逐渐增多。个系统所采用的存储器类型也逐渐增多。计算机的存储器可以分为计算机的存储器可以分为2大类：大类：一类叫内部存储器，简称为内存或主存；一类叫内部存储器，简称为内存或主存；另一类叫外部存储器，简称为外存。另一类叫外部存储器，简称为外存。 编辑ppt19 各种存储器的性能指标可以用各种存储器的性能指标可以用3个量来描述：存储容量、存取个量来描述：存储容量、存取速度和数据传输率。速度和数据传输率。 1）存储容量）存储容

18、量 存储容量是指存储器有多少个存储单元。最基本的存储器单存储容量是指存储器有多少个存储单元。最基本的存储器单元是位（元是位（bit），但是在计算容量时常用字节（），但是在计算容量时常用字节（Byte）或机器）或机器字长作单位。例如半导体存储器字长作单位。例如半导体存储器DRAM目前的水平是每片目前的水平是每片64MB。 2）存取速度）存取速度 把数据存入存储器称为写入，把数据取出称为读出。存取速把数据存入存储器称为写入，把数据取出称为读出。存取速度是指从请求写入（或读出）到完成写入（或读出）度是指从请求写入（或读出）到完成写入（或读出）1个存储个存储单元的时间，包括找到存储地址与传送数据时间。

19、单元的时间，包括找到存储地址与传送数据时间。也可以用单也可以用单位时间内传送数据的多少来衡量存取的快慢。位时间内传送数据的多少来衡量存取的快慢。 3）数据传输率）数据传输率 单位时间可写入存储器或从存储器取出的信息的最大数量，称单位时间可写入存储器或从存储器取出的信息的最大数量，称为数据传输率或称为存储器传输带宽。为数据传输率或称为存储器传输带宽。 存储器传输带宽存储器传输带宽= 一次读取数据的宽度一次读取数据的宽度存储周期的倒数。存储周期的倒数。编辑ppt201.半导体存储器半导体存储器1）随机存储器）随机存储器RAMRAM有有3个特点：个特点：可以读出，也可以写入。可以读出，也可以写入。所

20、谓随机存取，意味着存取任一单元所需的时间相所谓随机存取，意味着存取任一单元所需的时间相同。同。当断电后，存储的内容立即消失。当断电后，存储的内容立即消失。编辑ppt21随机存储器随机存储器RAM又可分为动态又可分为动态DRAM和静态和静态SRAM2大类。大类。DRAM是用是用MOS电路和电容作为存储元件的，由电路和电容作为存储元件的，由于电容会放电，所以需要定时充电以维持存储内于电容会放电，所以需要定时充电以维持存储内容的正确，这个过程称为刷新。容的正确，这个过程称为刷新。 例如每隔例如每隔2ms刷新一次，因此称之为动态存储器。刷新一次，因此称之为动态存储器。SRAM是用双极型电路或是用双极型

21、电路或MOS电路的触发器来作电路的触发器来作存储元件的，没有电容造成的刷新问题。只要有存储元件的，没有电容造成的刷新问题。只要有电源正常供电，触发器就能稳定地存储数据，因电源正常供电，触发器就能稳定地存储数据，因此称为静态存储器。此称为静态存储器。编辑ppt22 DRAM的特点是高密度，的特点是高密度，SRAM的特点是高速度。的特点是高速度。例例1-1 16K位位DRAM的标准存取时间为的标准存取时间为200 ns，64K位的速度已提高到位的速度已提高到100 ns。这个速度与。这个速度与4K位位SRAM相比还是极慢的，因为相比还是极慢的，因为SRAM的存取时间的存取时间为为35ns。编辑pp

22、t23编辑ppt24编辑ppt25 静态随机存储器集成度低，价格高，但存取速度静态随机存储器集成度低，价格高，但存取速度快，它常用作高速缓冲存储器快，它常用作高速缓冲存储器Cache。Cache是是指工作速度比一般内存快得多的存储器，它的速指工作速度比一般内存快得多的存储器，它的速度基本上与度基本上与 CPU速度相匹配，它的位置在速度相匹配，它的位置在CPU与与内存之间（内存之间（如图如图1-5所示所示）。在通常情况下，）。在通常情况下， Cache中保存着内存中部分数据映像。中保存着内存中部分数据映像。 CPU在读在读写数据时，首先访问写数据时，首先访问 Cache，如果，如果 Cache含

23、有所含有所需的数据，就不需要访问内存；如果需的数据，就不需要访问内存；如果 Cache中不中不含有所需的数据，才去访问内存。设置含有所需的数据，才去访问内存。设置 Cache的的目的，就是为了提高机器运行速度。目的，就是为了提高机器运行速度。编辑ppt26 NVRAM 非易失性随机访问存储器非易失性随机访问存储器 （Non-Volatile Random Access Memory），是指断电后仍能保），是指断电后仍能保持数据的一种持数据的一种RAM。既能快速存取，而系统断电时。既能快速存取，而系统断电时又不丢失数据。实际上，它是把又不丢失数据。实际上，它是把SRAM的实时读写的实时读写功能与

24、功能与EEPROM的可靠非易失能力综合在一起。例的可靠非易失能力综合在一起。例如如U盘，数码相机、可拍照手机、盘，数码相机、可拍照手机、PDA、以及其中、以及其中的存储卡，如的存储卡，如CF、SD等等，无一例外地仰仗着等等，无一例外地仰仗着NVRAM技术的支持。技术的支持。 以以Intel 2004 NVRAM（1984年产品）为例，它是年产品）为例，它是一块一块4Kbits芯片，以芯片，以5128“字节宽字节宽”体系结构组体系结构组成。其内部结构分为成。其内部结构分为2部分：一部分是高速静态部分：一部分是高速静态RAM阵列，另一部分是与之逐位对应（阵列，另一部分是与之逐位对应（Bit-For

25、-Bit）的非易失的非易失EEPROM备份阵列。备份阵列。编辑ppt27 系统正常工作时，系统正常工作时，CPU访问访问SRAM部分以完成快速读写。部分以完成快速读写。当系统断电或者正常关机时，芯片内部的数据保护电路测当系统断电或者正常关机时，芯片内部的数据保护电路测出电源电压降至出电源电压降至4v时能立即关闭输入电路，而迅速地把时能立即关闭输入电路，而迅速地把SRAM的内容并行地转储到的内容并行地转储到EEPROM中。电源电压恢复中。电源电压恢复后，后，EEPROM中的内容又自动放入中的内容又自动放入SRAM阵列中。这种阵列中。这种转储操作能可靠地进行转储操作能可靠地进行10000次，非易失

26、能力保证能存储次，非易失能力保证能存储10年以上。年以上。 目前，在多种目前，在多种NVRAM中，以闪存（中，以闪存（Flash Memory）技）技术最为引人注目，并占据着术最为引人注目，并占据着NVRAM市场的霸主地位。尽市场的霸主地位。尽管现在不同于闪存技术的其他管现在不同于闪存技术的其他NVRAM技术已经出现，并技术已经出现，并逐渐被一些厂商重视并看好，但在近几年内，闪存仍将以逐渐被一些厂商重视并看好，但在近几年内，闪存仍将以其强大的优势称霸其强大的优势称霸NVRAM应用市场。应用市场。 编辑ppt28 2）只读存储器）只读存储器 只读存储器（只读存储器（Read Only Memor

27、y ROM）只）只能读出原有的内容，而不能写入新内容。原能读出原有的内容，而不能写入新内容。原有内容由厂家一次性写入并永久保存下去，有内容由厂家一次性写入并永久保存下去，当然是非易失的。当然是非易失的。 把计算机指令的执行用一段微程序来实现，把计算机指令的执行用一段微程序来实现，这些微程序固化在这些微程序固化在ROM中，从而产生了一个中，从而产生了一个新概念新概念固件（固件（firmware），这种方法也），这种方法也被人称为被人称为“计算机中的计算机计算机中的计算机”。 编辑ppt29 PROM（Programmable ROM，可编程，可编程ROM）。）。 EPROM（Erasable P

28、rogrammable ROM，可擦除可编程，可擦除可编程ROM） EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM，电，电可擦除可编程可擦除可编程ROM）。）。EEPROM的擦除不需要借助于其它设的擦除不需要借助于其它设备，它是以电子信号来修改其内容的，而且是以备，它是以电子信号来修改其内容的，而且是以Byte为最小修为最小修改单位，不必将资料全部洗掉才能写入，彻底摆脱了改单位，不必将资料全部洗掉才能写入，彻底摆脱了EPROM 擦除器和编程器的束缚。擦除器和编程器的束缚。EEPROM在写入数据时，仍要利用在写入数据时，仍要利用一定的编程电压，此时，只

29、需用厂商提供的专用刷新程序就可一定的编程电压，此时，只需用厂商提供的专用刷新程序就可以轻而易举地改写内容，所以，它属于双电压芯片。以轻而易举地改写内容，所以，它属于双电压芯片。 FLASH ROM则属于真正的单电压芯片，在使用上很类似则属于真正的单电压芯片，在使用上很类似EEPROM，因此，有些书籍上便把，因此，有些书籍上便把FLASH ROM作为作为EEPROM的一种。事实上，二者还是有差别的，的一种。事实上，二者还是有差别的，FLASH ROM在擦除时，也要执行专用的刷新程序。但是在删除资料在擦除时，也要执行专用的刷新程序。但是在删除资料时，并非以时，并非以Byte为基本单位，而是以为基本

30、单位，而是以Sector（又称（又称Block）为）为最小单位，最小单位，Sector的大小随厂商的不同而有所不同。只有在写的大小随厂商的不同而有所不同。只有在写入时，才以入时，才以Byte为最小单位写入。为最小单位写入。FLASH ROM芯片的读和写芯片的读和写操作都是在单电压下进行，不需跳线，只利用专用程序即可方操作都是在单电压下进行，不需跳线，只利用专用程序即可方便地修改其内容。便地修改其内容。FLASH ROM的存储容量普遍大于的存储容量普遍大于EEPROM，约为，约为512K至至8MBit。编辑ppt30图图1-6 半导体存储器的分类半导体存储器的分类 半导体存储器 闪速存储器（Fl

31、ash Memory） 可编程只读存储器（PROM） 掩模只读存储器（Masked ROM） 静态存储器 MOS 型 双极型静态存储器 随机存储器 （RAM） 动态存储器 可擦写可编程只读存储器（EPROM） 电可擦写可编程只读存储器（E2PROM） 只读存储器 （ROM） 编辑ppt31 2.磁记录存储器磁记录存储器 1）软盘）软盘 2）硬盘）硬盘 硬盘的存储速度比起内存来说要慢，但存储量要大得多。硬盘的存储速度比起内存来说要慢，但存储量要大得多。 3）硬盘机接口技术）硬盘机接口技术 IDE标准接口。它是智能驱动设备接口，速率比标准接口。它是智能驱动设备接口，速率比ST506/412有所提高

32、，而且价格更低。有所提高，而且价格更低。 ESDI标准接口。它是增强型小型设备接口，为标准接口。它是增强型小型设备接口，为IBM PS/2采采用。数据传输率为用。数据传输率为10MB/s，价格较贵。它正在成为小型硬，价格较贵。它正在成为小型硬盘机的标准接口。盘机的标准接口。 SCSI标准接口。它是小型计算机系统接口，是由标准接口。它是小型计算机系统接口，是由Macintosh引进的硬盘机标准接口。它不限于连接硬盘机，引进的硬盘机标准接口。它不限于连接硬盘机，也可连接打印机、光盘机等外设。也可连接打印机、光盘机等外设。 IPI标准接口。它是目前正在发展与完善的性能最强的智能标准接口。它是目前正在

33、发展与完善的性能最强的智能外设接口，主要用在高性能、大容量的硬盘机中，这将是一外设接口，主要用在高性能、大容量的硬盘机中，这将是一种很有前途的接口。种很有前途的接口。 3.光盘存储器光盘存储器 光盘可分为只读光盘、一次写入光盘和可改写光盘光盘可分为只读光盘、一次写入光盘和可改写光盘3类。类。编辑ppt321.2.4 I/O设备设备1.输入设备输入设备 输入设备的作用是把信息送入计算机中。微型计算机上常用输入设备的作用是把信息送入计算机中。微型计算机上常用的输入设备有键盘、鼠标器、图形扫描仪、数字化仪、条形的输入设备有键盘、鼠标器、图形扫描仪、数字化仪、条形码读入器、光笔等。码读入器、光笔等。

34、2.输出设备输出设备 输出设备的作用是把计算机对信息加工的结果输出给用户。输出设备的作用是把计算机对信息加工的结果输出给用户。输出设备分为显示输出、打印输出、绘图输出和影像输出等。输出设备分为显示输出、打印输出、绘图输出和影像输出等。编辑ppt331.2.5 总线总线 微型计算机的设计目标主要是考虑如何以较低造价的硬微型计算机的设计目标主要是考虑如何以较低造价的硬件组成系统，并具有较强的功能。而实现此目标的关键之一件组成系统，并具有较强的功能。而实现此目标的关键之一是如何进行数据信息的传送。是如何进行数据信息的传送。 计算机总线是一组连接各个部件的公共通信线。计算机总线是一组连接各个部件的公共

35、通信线。 总线的数据通路宽度是指能够一次并行传送的数据位数。总线的数据通路宽度是指能够一次并行传送的数据位数。总总线是一组物理导线，线是一组物理导线，并非一根。并非一根。 根据总线传送信息的类别，可以把总线分为数据总线、地址根据总线传送信息的类别，可以把总线分为数据总线、地址总线和控制总线。数据总线用于传送程序或数据：地址总线总线和控制总线。数据总线用于传送程序或数据：地址总线用于传送主存储器地址码或外部设备地址码；控制总线用于用于传送主存储器地址码或外部设备地址码；控制总线用于传送种种控制信息。传送种种控制信息。编辑ppt34 按照总线传送信息的方向，可把总线分为单向总线和双向按照总线传送信

36、息的方向，可把总线分为单向总线和双向总线。总线。单向总线的功能是使挂在总线上的一些部件将信息有选择单向总线的功能是使挂在总线上的一些部件将信息有选择地传向另一些部件，而不能反向传送。地传向另一些部件，而不能反向传送。1.双向总线则不仅能使任何挂在总线的部件或设备有选择地双向总线则不仅能使任何挂在总线的部件或设备有选择地接收由其他部件发出的信息，同时也能够通过总线有选择接收由其他部件发出的信息，同时也能够通过总线有选择地向其他部件或设备发送信息。地向其他部件或设备发送信息。编辑ppt351.3 计算机中信息的表示计算机中信息的表示1.3.1 进位计数制进位计数制1.数制的概念数制的概念 数制是用

37、一组固定的数字和一套统一的规则来表示数目的数制是用一组固定的数字和一套统一的规则来表示数目的方法。按照进位方式计数的数制叫进位计数制。十进制即逢方法。按照进位方式计数的数制叫进位计数制。十进制即逢十进一，生活中也常常遇到其它进制，例如：六十进制，十十进一，生活中也常常遇到其它进制，例如：六十进制，十二进制，十六进制等。二进制，十六进制等。2.基数基数 基数是指该进制中允许选用的基本数码的个数。每一种进制基数是指该进制中允许选用的基本数码的个数。每一种进制都有固定数目的计数符号。都有固定数目的计数符号。编辑ppt36表1-1 十进制、二进制、八进制与十六进制数字对照表十进制二进制八进制十六进制0

38、0000001000111200102230011334010044501015560110667011177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F编辑ppt373. 位权位权 一个数码处在不同位置上所代表的值不同，每个数码所表示一个数码处在不同位置上所代表的值不同，每个数码所表示的数值等于该数码乘以一个与数码所在位置相关的常数，这的数值等于该数码乘以一个与数码所在位置相关的常数，这个常数叫做位权。个常数叫做位权。 一般而言，对于任意的一般而言，对于任意的R进制数：进制数：N = an-1an

39、-2a1a0a-1a-m （其中（其中n为整数位数，为整数位数，m为小数位数）为小数位数）N可以表示为以下和式：可以表示为以下和式：N = an-1Rn-1+an-2Rn-2+a1R1+a0R0+a-1R-1+a-mR-m （其中（其中R为基数为基数）编辑ppt384.二进制概念二进制概念 二进制数和十进制数一样，也是一种进位计数制，它的基二进制数和十进制数一样，也是一种进位计数制，它的基数是数是2。二进制是计算机信息表示和信息处理的基础。二进制是计算机信息表示和信息处理的基础。 计算机中为什么要用二进制？计算机中为什么要用二进制？ 原因如下：原因如下： （1）可行性：二进制数在物理上最容易实

40、现。例如，可以）可行性：二进制数在物理上最容易实现。例如，可以只用高、低两个电平表示只用高、低两个电平表示“0”和和“1”，也脉冲的正负极性，也脉冲的正负极性，晶体管的导通和截止都可以用来表示二进制的晶体管的导通和截止都可以用来表示二进制的“0”和和“1”。 （2）简易性：二进制数用来表示的二进制数的编码、计数、）简易性：二进制数用来表示的二进制数的编码、计数、加减运算规则简单，可用开关电路实现。加减运算规则简单，可用开关电路实现。 （3）逻辑性：二进制的）逻辑性：二进制的“0”和和“1”正好与逻辑命题的两个正好与逻辑命题的两个值值“真真”和和“假假”相对应，为计算机实现逻辑运算和程序相对应，

41、为计算机实现逻辑运算和程序中的逻辑判断提供了便利的条件。中的逻辑判断提供了便利的条件。编辑ppt395.二进制信息的计量单位二进制信息的计量单位计算机中数据的常用单位有位、字节和字。计算机中数据的常用单位有位、字节和字。1）位（）位（Bit）计算机中最小的数据单位是二进制的一个数位，简称为位（计算机中最小的数据单位是二进制的一个数位，简称为位（bit）。）。2）字节（）字节（Byte）字节简写为字节简写为B，为了表示读入数据中的所有字符需要，为了表示读入数据中的所有字符需要7位或位或8位二进制数。位二进制数。因此，人们采用由因此，人们采用由8个二进制数位组成一组数据的方式定义字节。个二进制数位

42、组成一组数据的方式定义字节。字节是计算机中用来表示存储空间大小的基本容量单位。字节是计算机中用来表示存储空间大小的基本容量单位。1B=8bit1KB=1024B=210 B 1MB=1024KB=210KB=220 B=10241024B 1GB=1024MB=210MB=230 B=10241024KB 1TB=1024GB=210GB=240 B=10241024MB 要注意位与字节的区别：要注意位与字节的区别：位是计算机中最小数据单位，字节是计算机中位是计算机中最小数据单位，字节是计算机中基本信息单位。基本信息单位。3）字（）字（word）在计算机中作为一个整体被存取、传送、处理的二进制

43、数字符串叫做一在计算机中作为一个整体被存取、传送、处理的二进制数字符串叫做一个字或单元，每个字中二进制位数的长度，称为字长。个字或单元，每个字中二进制位数的长度，称为字长。编辑ppt401.3.2数值信息在计算机内的表示数值信息在计算机内的表示 计算机中处理的数据分为数值型数据和非数值型计算机中处理的数据分为数值型数据和非数值型数据两大类。数据两大类。 数值型数据指能进行算术运算（加、减、乘、除四数值型数据指能进行算术运算（加、减、乘、除四则运算）的数据，即我们通常所说的则运算）的数据，即我们通常所说的“数数”。 非数值数据指文字、图像等不能进行算术运算的数非数值数据指文字、图像等不能进行算术

44、运算的数据。据。编辑ppt411.数值数据分类数值数据分类 计算机内表示的数，分成整数和实数两大类。计算机内表示的数，分成整数和实数两大类。 在计算机内部，数字和符号都用二进制码表示，两者合在一在计算机内部，数字和符号都用二进制码表示，两者合在一起构成数的机内表示形式，称为机器数。起构成数的机内表示形式，称为机器数。 而它真正表示的带有符号的数称为这个机器数的真值。而它真正表示的带有符号的数称为这个机器数的真值。 机器数是二进制数在计算机内的表示形式。机器数又分为定机器数是二进制数在计算机内的表示形式。机器数又分为定点数和浮点数。点数和浮点数。例例1-3用用8位二进制表示位二进制表示+49和和

45、-49：十进制十进制 +49 -49 二进制（真值）二进制（真值） +0110001-0110001计算机内（机器数）计算机内（机器数） 00110001 10110001编辑ppt422.整数范围整数范围 定点数指小数点在数中有固定的位置。定点数指小数点在数中有固定的位置。 整数又可分为无符号整数和有符号整数。整数又可分为无符号整数和有符号整数。 无符号整数中，所有二进制位全部用来表示数的大小，有符无符号整数中，所有二进制位全部用来表示数的大小，有符号整数用最高位表示数的正负号，其他位表示数的大小。号整数用最高位表示数的正负号，其他位表示数的大小。表1-2 数的表示范围数的位数无符号正整数范

46、围带符号整数的范围80255-12812716065535-32768327673204294967295-21474836482147483647编辑ppt433.原码、反码、补码原码、反码、补码 数值有正负之分，这种带符号的数在计算机中怎么表示数值有正负之分，这种带符号的数在计算机中怎么表示呢？通常规定一个数的最高位作为符号位，该位不代表数值，呢？通常规定一个数的最高位作为符号位，该位不代表数值，仅用来表示数符。若该位为仅用来表示数符。若该位为0，则表示正数，若为，则表示正数，若为1，则代表，则代表负数。这样一来，数的符号也数字化了。负数。这样一来，数的符号也数字化了。 例如，在机器中用例

47、如，在机器中用8位二进制表示一个数位二进制表示一个数+90，其格式为：，其格式为： 符号位，符号位，0表示正表示正 而用而用8位二进制表示一个数位二进制表示一个数-89，其格式为：，其格式为： 11011001 符号位，符号位，1表示负表示负编辑ppt44 机器数在机内有三种不同的表示方法，这就是原码、反码和补码。机器数在机内有三种不同的表示方法，这就是原码、反码和补码。1)原码表示法原码表示法 用首位表示数的符号，用首位表示数的符号，0表示正，表示正，1表示负，其他位为数表示负，其他位为数的真值的绝对值，这样表示的数就是数的原码。的真值的绝对值，这样表示的数就是数的原码。例例1-4X=（+1

48、05） X原原=（）（）2Y=（-105） Y原原=（）（）20的原码有两种，即的原码有两种，即 +0原原=（）（）2 -0原原=（）（）2 规律：正数的原码是它本身，负数的原码是真值取绝对值后，规律：正数的原码是它本身，负数的原码是真值取绝对值后，在最高位（左端）补在最高位（左端）补“1”。编辑ppt452)反码表示法反码表示法 所谓反码，就是对负数原码，除符号位外，逐位取反所所谓反码，就是对负数原码，除符号位外，逐位取反所得的数，而正数的反码则与其原码形式相同。得的数，而正数的反码则与其原码形式相同。规律：正数的反码与其原码相同，负数的反码是这样求得的，规律：正数的反码与其原码相同，负数的

49、反码是这样求得的，符号位不变，其余各位按位取反，即符号位不变，其余各位按位取反，即0变成变成1，1变成为变成为0。例例1-5+65原原=(01000001)2 +65反反=(01000001)2-65原原=(11000001)2 65反反=(00111110)2很容易验证：一个数的反码的反码就是这个数本身。很容易验证：一个数的反码的反码就是这个数本身。0的反码有两种，即的反码有两种，即 +0反反=(00000000)2 -0反反=(11111111)2 编辑ppt463)补码表示法补码表示法 对于对于n位计算机，某数位计算机，某数x的补码定义为：的补码定义为： 即正数的补码等于正数本身，负数的

50、补码等于模（即即正数的补码等于正数本身，负数的补码等于模（即2n）减）减去它的绝对值，即用它的补数来表示。去它的绝对值，即用它的补数来表示。 例例1-7求求11111111补的真值。补的真值。 第一步：除符号位外，每位取反第一步：除符号位外，每位取反 第二步：再加第二步：再加1，结果为，结果为所以，真值为：（所以，真值为：（-00000001）2编辑ppt474.实数实数若约定小数点的位置是固定的，这就是定点表示法；若约定小数点的位置是固定的，这就是定点表示法；若给定小数点的位置是可以变动的，则成为浮点表示法。若给定小数点的位置是可以变动的，则成为浮点表示法。1)定点数定点数小数点不占有二进制

51、位而是隐含在机器数里某个固定位置上。小数点不占有二进制位而是隐含在机器数里某个固定位置上。 一种是约定所有机器数的小数的小数点位置隐含在机器数的一种是约定所有机器数的小数的小数点位置隐含在机器数的最低位之后，叫定点纯整机器数，简称定点整数。如最低位之后，叫定点纯整机器数，简称定点整数。如 01011001 若有符号位，符号位仍在最高位。因小数点隐含在数的最低若有符号位，符号位仍在最高位。因小数点隐含在数的最低位之后，所以上数表示位之后，所以上数表示+1011001B。 另一种是约定所有机器数的小数点隐含在符号位之后、有效另一种是约定所有机器数的小数点隐含在符号位之后、有效部分最高位之前，叫定点

52、纯小数机器数，简称定点小数，例部分最高位之前，叫定点纯小数机器数，简称定点小数，例如如 最高位是符号，小数点在符号位之后，所以上数表示最高位是符号，小数点在符号位之后，所以上数表示-0.0101101B。编辑ppt48 无论是定点整数，还是定点小数，都可以有无论是定点整数，还是定点小数，都可以有原码、反码和补码三种形式。原码、反码和补码三种形式。例如定点小数如果这是个原码表示的定点小数，例如定点小数如果这是个原码表示的定点小数，x原原=(11110000)B， 则则x= (-0.111)2=(-0.875)10， 如这是补码表示的定点小数，如这是补码表示的定点小数，x补补=(11110000)

53、2，则则x原原=(10010000)2， 则则x= (-0.001)2=(-0.125)10。编辑ppt492)浮点数浮点数其中：其中：EN的阶码，是有符号的整数的阶码，是有符号的整数SN的尾数，是数值的有效数字部分，一般规定取二进的尾数，是数值的有效数字部分，一般规定取二进制定点纯小数形式。制定点纯小数形式。例例1-10 (1011101)2=2+70.101101，(101.1101)2=2+30.1011101，(0.01011101)2=2-1 0.1011101浮点数的格式如下：浮点数的格式如下：SNE 2E1E2 .Em. 阶符阶码数符尾数 E0小数点S0S1S2 .Sn编辑ppt

54、50例例1-11写出二进制数写出二进制数(-101.1101)2的浮点数形式，设阶码取的浮点数形式，设阶码取4位位补码，尾数是补码，尾数是8位原码。位原码。-101.1101=-0.10111012+3浮点形式为：浮点形式为： 阶码阶码0011 尾数尾数浮点数运算后结果必须化成规格化形式。浮点数运算后结果必须化成规格化形式。所谓规格化，是指对所谓规格化，是指对于原码尾数来说，应使最高位数字于原码尾数来说，应使最高位数字S1=1，如果不是，如果不是1且尾数且尾数不是全不是全0时就要移动尾数直到时就要移动尾数直到S1=1，阶码相应变化，保证，阶码相应变化，保证N值不变。值不变。编辑ppt51例例1

55、-12 计算机浮点数格式如下：阶码部分用计算机浮点数格式如下：阶码部分用4位（阶符占一位（阶符占一位）补码表示；尾数部分用位）补码表示；尾数部分用8位（数符占一位）规格化补位（数符占一位）规格化补码表示，写出码表示，写出x=(0.0001101)2的规格化形式。的规格化形式。解：解：x=0.0001101=0.11012-3又又-3补补=-011补补=(1101)2所以所以 规格化浮点数形式是规格化浮点数形式是 1 101 0 1101000编辑ppt52例例1-13 一个一个32位浮点数，阶码部分用位浮点数，阶码部分用8位（阶符占一位位（阶符占一位)补码表示；补码表示；尾数部分用尾数部分用2

56、4位（数符占一位）规格化补码表示；基数为位（数符占一位）规格化补码表示；基数为2。试写出存放试写出存放105.5浮点数的规格化形式。浮点数的规格化形式。(105.5)10 = (+1101001.1)2 根据题中规定的阶码和尾数两部分长度，规格化处理后浮点格式根据题中规定的阶码和尾数两部分长度，规格化处理后浮点格式表现为图表现为图1-8形式：形式： 图图1-8规格化浮点数规格化浮点数 用十六进制表示，则为：用十六进制表示，则为：(07698000)16 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0. 阶符阶 码数符尾 数图

57、 2-2 规 格 化 浮 点 数 0 0 0 0 0 1 1 10 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 编辑ppt531.3.3非数值信息在计算机内的表示非数值信息在计算机内的表示 计算机除了能对数值信息进行处理之外，对于诸如文字、图计算机除了能对数值信息进行处理之外，对于诸如文字、图画、声音等信息也能进行各种处理，当然它们在计算机内部画、声音等信息也能进行各种处理，当然它们在计算机内部也必须表示成二进制形式，这些通称为非数值数据。也必须表示成二进制形式，这些通称为非数值数据。1.ASC码码编辑ppt54表1-3 7位ASC 码表b700

58、001111b600110011b501010101 列行01234567b4b3b2b100000NULDLESP0Pp00011SOHDC1!1AQaq00102STXDC2“2BRbr00113ETXDC3#3CScs编辑ppt55例例1-14 将将DIR三个字符的三个字符的ASC码查出并存放在主存中。码查出并存放在主存中。一个字节只能存放一个一个字节只能存放一个ASC码，所以码，所以DIR三字符将占用三个三字符将占用三个字节。根据标准字节。根据标准ASC码规定，最高位码规定，最高位b7均为均为0，其余各位，其余各位由表知：由表知： D字符位于字符位于b6b5b4=100列，列，b3b2

59、b1b0=0100行行 D的的ASC码码=b7b6b5b4b3b2b1=（）（）2图1-9三个字节存放DIR三字符ASC码 01001001字符D字符I字符R编辑ppt561.4 微型计算机的软件系统微型计算机的软件系统 计算机软件是指计算机系统中的程序及其开发、使用和计算机软件是指计算机系统中的程序及其开发、使用和维护所需要的所有文档的集合，其中程序是完成任务所需要维护所需要的所有文档的集合，其中程序是完成任务所需要的一系列指令序列；文档则是为了便于了解程序所需要的阐的一系列指令序列；文档则是为了便于了解程序所需要的阐明性资料。明性资料。1.4.1 软件的分类软件的分类 系统软件系统软件 应

60、用软件应用软件编辑ppt571.系统软件系统软件 系统软件是为了使计算机能够正常高效地工作所配备的各种系统软件是为了使计算机能够正常高效地工作所配备的各种管理、监控和维护系统的程序及有关的资料。管理、监控和维护系统的程序及有关的资料。 系统软件主要包括：操作系统系统软件主要包括：操作系统 （如（如Windows、UNIX/XENIX、DOS等）、各种计算机程序设计语言的编译等）、各种计算机程序设计语言的编译程序、解释程序、连接程序、系统服务性程序（如机器的调程序、解释程序、连接程序、系统服务性程序（如机器的调试、诊断、故障检查程序等）、数据库管理系统、网络通讯试、诊断、故障检查程序等）、数据库