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第 1 章 计 算 机 基 础 内 容 提 要：本 章 主 要 介 绍 了 计 算 机 的 发 展、计 算 机 的 基 本 结 构、计 算 机 的 编 码 和 个 人 计 算 机 的 组 成 部 分，着 重 介 绍 了 计 算 机 的 数 字 编 码 在 计 算 机 中 的 表 示 形 式 及 运 算。1.1 计 算 机 中 的 编 码 1.1.1 数 字 编 码 由 于 二 进 制 有 很 多 优 点，所 以 计 算 机 中 的 数 用 二 进 制 表 示，但 人 们 与 计 算 机 打 交 道 时 仍 然 习 惯 于 用 十 进 制，在 输 入 时 计 算 机 自 动 将 十 进 制 转 换 为 二 进 制，而 在 输 出 时 将 二 进 制 转 换 为 十 进 制。为 便 于 机 器 识 别 与 转 换，计 算 机 中 的 十 进 制 数 的 每 一 位 用 二 进 制 编 码 表 示，这 就 是 所 谓 的 十 进 制 数 的 二 进 制 编 码，简 称 二 一 十 进 制 编 码（BCD）。二 一 十 进 制 编 码 的 方 法 很 多，最 常 用 的 是 8421 BCD码。8421 BCD码 有 十 个 不 同 的 数 字 符 号，逢 十 进 位，每 位 BCD码 用 四 位 二 进 制 表 示。例 如：83.123 对 应 8421 BCD 码 是 1000 0011.0001 0010 0011同 理,111 1001 0010.0010 0101 BCD码 对 应 的 十 进 制 数 十 792.25。表 1-1 BCD码 表 标 准 B C D 码 表 示 法 十 进 制 数 标 准 B C D 码 二 进 制 效 0 OOOO OOOO1 OOO1 OOOl2 0 0 1 0 OO1O3 OO1 1 O O ll4 O1OO O1OO5 O1O1 O1O16 O1 1O O l i o7 O1 1 1 O l l iS 1OOO 1OOO9 1OO1 1OO110 OOOl OOOO 1O1O11 OOO1 OOOl 1O1115 OOOl O1O1 11 1 163 O l i o OO11 m i n94 1OO1()100 1O1111O1.1.2字 符 编 码 字 母、数 字、符 号 等 各 种 字 符 也 必 须 按 照 特 定 的 规 则 用 二 进 制 编 码 才 能 在 计 算 机 中 表 示。字 符 编 码 的 方 式 很 多，世 界 上 最 普 遍 采 用 的 一 种 字 符 编 码 是 ASII码（美 国 信 息 交 换 标 准 码）。ASCH码 用 7 位 二 进 制 编 码，它 有 128种 组 合，可 以 表 示 128种 字 符。包 括 09,十 个 阿 拉 伯 数 字 字 符，大、小 写 英 文 字 母（72个），常 用 标 点 符 号 和 各 种 控 制 字 符，参 见 附 录 1。在 计 算 机 中 用 一 个 字 节 表 示 一 个 ASCII码 字 符，最 高 位 置 为 0。例 如，0011000000111001（即 30H39H）是 数 字 09的 ASCII码，而 0100000厂 01011010（即 41H5AH）是 大 写 英 文 字 母 AZ的 ASCH码。详 见 下 表。表 1-2 ASCII字 符 表 列列 000 1 I 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7位 765-1 4321000 001 010 Oil 100 101 110 1 1 10000 NUL DLE SP 0 P、P0001 SOH DCl11 A Q aq0010 STX DC2 2 B R b r0011 ETX DC3#3 C S c s0100 EOT DC4$4 D T d t0101 ENQ NAK%5 E U e u0110 ACK SYN&6 F V f V0111 BEL ETB 7 G wgw1000 BS CAN(8 H X h X1001 HT EM)9 I Yiy1010 LF SUB*J z j z1011 VT ESC+9K1k(1100 FF FS Nan 11 1 1 SI US/?0i0 DEL1.1.3 汉 字 编 码用 计 算 机 处 理 汉 字，每 个 汉 字 必 须 用 代 码 表 示。键 盘 输 入 汉 字 是 输 入 汉 字 的 外 部 码。外 部 码 必 须 转 换 为 内 部 码 才 能 在 计 算 机 内 进 行 存 储 和 处 理。为 了 将 汉 字 以 点 阵 的 形 式 输 出，还 要 将 内 部 码 转 换 为 字 型 码。不 同 的 汉 字 处 理 系 统 之 间 交 换 信 息 采 用 交 换 码。(1)外 部 码 汉 字 主 要 是 从 键 盘 输 入，每 个 汉 字 对 应 一 个 外 部 码，外 部 码 是 计 算 机 输 入 汉 字 的 代 码，是 代 表 某 一 个 汉 字 的 一 组 键 盘 符 号 外 部 码 也 叫 输 入 码。汉 字 的 输 入 方 式 不 同，同 一 个 汉 字 的 外 部 码 可 能 不 一 样。目 前 已 有 数 百 种 汉 字 外 部 码 的 编 码 方 案，大 致 可 以 归 纳 为 四 种 类 型：数 字 吗、音 码、形 码 和 音 形 码。数 字 吗 是 将 汉 字 按 照 某 种 规 律 排 序，然 后 赋 予 它 们 数 字 编 号，这 个 数 字 编 号 就 作 为 汉 字 的 编 码。常 见 的 数 字 码，如 区 位 码 等，这 种 编 码 方 式 无 重 码，可 以 找 到 其 他 编 码 方 式 难 于 找 到 的 汉 字，但 难 于 记 忆，要 有 手 册 备 查。音 码 是 以 汉 语 拼 音 作 为 汉 字 的 编 码，只 要 学 过 汉 语 拼 音，一 般 不 需 要 经 过 专 门 训 练 就 可 以 掌 握，但 是，用 拼 音 方 法 输 入 汉 字 同 音 字 很 多，需 要 选 字，影 像 输 入 速 度，不 知 道 读 音 的 汉 字 也 无 法 输 入。形 码 是 一 个 汉 字 拆 成 若 干 偏 旁、部 首、字 根，或 者 拆 成 若 干 笔 画，使 偏 旁、部 首、字 根 或 笔 画 与 键 盘 对 应 编 码，按 字 型 敲 键 输 入 汉 字。形 码 输 入 汉 字 重 码 率 低、速 度 快，只 要 能 看 到 的 字 行 就 可 以 拆 分 输 入，但 必 须 要 经 过 专 门 训 练，并 且 需 要 记 忆 大 量 的 编 码 规 律 和 汉 字 拆 分 原 则。最 常 见 的 形 码 方 案 有 五 笔 字 型 码 等。音 形 码 是 拼 音 和 字 型 相 结 合 的 一 种 汉 字 编 码 方 案，如 自 然 码、钱 码 等。(2)内 部 码 汉 字 内 部 码 也 称 汉 字 内 码 或 汉 字 机 内 码。在 不 同 的 汉 字 输 入 方 案 中，统 一 汉 字 的 外 部 码 不 同。但 同 一 汉 字 的 内 部 码 是 惟 一 的。内 部 码 通 常 使 用 其 在 汉 字 字 库 中 的 物 理 位 置 标 示，可 以 用 汉 字 在 汉 字 字 库 中 的 符 号 或 者 用 汉 字 在 汉 字 字 库 的 存 储 位 置 标 示。汉 字 在 计 算 机 中 至 少 要 用 两 个 字 节 表 示(有 用 三 字 节、四 字 节 表 示 的)，在 微 型 计 算 机 中 常 用 的 是 两 字 节 汉 字 内 码 两 字 节 汉 字 内 码，就 是 汉 字 的 国 标 码(用 两 个 7位 编 码)的 两 个 字 节 的 最 高 位 都 改 为“1”形 成 的。例 如 汉 字“啊”，国 标 码 为 0110000,01000001,即 30H,21H；内 部 码 为 10110000,10100001,即 BOH,A Ilk在 计 算 机 中 通 常 处 理 的 是 以 ASCII码 表 示 的 字 符,一 个 字 符 在 机 器 内 以 一 个 字 节 的 二 进 制 编 码 表 示。实 际 上 ASCII码 只 需 7位，故 在 计 算 机 内 的 字 符 编 码 的 最 高 位 是“0”。由 此 可 见，以 字 节 的 最 高 位 是 0还 是 1。很 容 易 区 分 是 ASCII字 符 还 是 汉 字。（3）交 换 码 计 算 机 之 间 或 计 算 机 与 终 端 之 间 交 换 信 息 的 时，要 求 其 间 传 送 的 汉 字 代 码 信 息 要 完 全 一 致。为 此，国 家 根 据 汉 字 的 常 用 程 度 定 出 了 一 级 和 二 级 汉 字 字 符 集，并 规 定 了 编 码，这 就 是 国 标 GB2312-80 信 息 交 换 用 汉 字 编 码 字 符 集 基 本 集，GB2312-80中 的 汉 字 的 编 码 即 国 标 码。该 标 准 编 码 字 符 集 共 收 录 汉 字 和 图 形 符 号 7445个，其 中 包 括：一 般 符 号 202个，包 括 间 隙 符、标 点、运 算 符、单 位 符 号 和 制 表 符 等。符 号 6 0个，包 括 1.20.（2 0个），（1）（20）（2 0个），（1 0个）和（一）（十）（10 个）。数 字 2 2个，包 括 0 9和 I XU。英 文 字 母 5 2个，大、小 写 各 2 6个。日 文 假 名 169个，其 中 平 假 名 8 3个，片 假 名 8 6个。希 腊 字 母 4 8个，其 中 大、小 写 各 2 4个。俄 文 字 母 6 6个，其 中 大、小 写 各 3 3个。汉 字 拼 音 符 号 2 6个。汉 字 注 音 字 母 3 7个。汉 字 6763个。这 些 汉 字 分 为 两 级，第 一 级 汉 字 3755个，第 二 级 汉 字 3008个。这 个 字 符 集 中 的 任 何 一 个 图 形、符 号 及 汉 字 都 是 用 两 个 7位 的 字 节 表 示（在 计 算 机 中 当 然 用 两 个 8位 字 节，每 个 字 节 的 最 高 位 为 1来 表 示）。其 中 汉 字 占 6763个。第 一 级 汉 字 3755个，按 汉 语 拼 音 字 母 顺 序 排 列，同 音 字 以 笔 画 顺 序 为 序；第 二 级 汉 字 3008个，按 照 部 首 顺 序 排 列。GB2312-80中，7445个 字 符 和 汉 字 分 布 在 8 7个 区 中，每 区 最 多 9 4个 字 符。分 布 情 况 如 下：1-9 区 图 形 字 符 1 0-1 5区 空 间 未 用 16 5 5区 一 级 汉 字 56 8 7区 二 级 汉 字 在 GB2312-80标 准 中，对 每 个 图 形 字 符 或 汉 字 给 出 了 两 种 汉 子 代 码。一 种 是 用 两 个 字 节 二 进 制 数 给 出 的 国 标 码（即 内 部 码 中 所 用 到 的）；另 一 种 是 四 位 十 进 制 区 位 码，其 中 高 2位 是 某 种 字 符 或 者 汉 字 所 在 的 区 号，低 2 位 是 在 区 中 的 位 置 号。例 如“啊”字 的 国 标 码 是 3021 H,区 位 码 是 1601IL（4）输 出 码 汉 字 输 出 码 又 称 汉 字 字 型 码 或 汉 字 发 生 器 的 编 码。众 所 周 知,汉 字 无 论 字 形 有 多 少 变 化,也 无 论 笔 划 有 多 有 少，都 可 以 写 在 一 个 方 块 中；一 个 方 块 可 以 看 做 m 行 n 列 的 矩 阵，称 为 点 阵。一 个 m 行 n 列 的 点 阵 共 有 m X n 个 点。例 如 16X16点 阵 的 汉 字，共 有 256个 点。每 个 点 可 以 是 黑 点 或 者 非 黑 点，凡 是 笔 划 经 过 的 点 用 黑 点，于 是 利 用 点 阵 描 绘 出 了 汉 字 字 形，汉 字 的 点 阵 字 形 在 计 算 机 中 称 为 字 模。在 计 算 中 用 一 组 二 进 制 数 字 表 示 点 阵，用 二 进 制 数 1表 示 点 阵 中 的 黑 点，用 二 进 制 数 0 表 示 点 阵 中 的 非 黑 点。一 个 16X16点 阵 的 汉 字 可 以 用 16X16=256位 的 二 进 制 数 来 表 示，这 种 用 二 进 制 数 来 表 示 汉 字 点 阵 的 方 法 称 为 点 阵 的 数 字 化。汉 字 字 形 经 过 点 阵 的 数 字 化 后 转 换 成 一 串 数 字，称 为 汉 字 的 输 出 码。图 1 1 汉 字“中”的 1 6 X 1 6点 阵 字 模 同 一 汉 字 的 输 出 码，即 字 型 码，因 选 择 点 阵 的 不 同 而 不 同。一 个 字 节 包 含 8 和 二 进 位，所 以 16X16点 阵 汉 字 需 要 2X16=32个 字 节 表 示；24X24点 阵 汉 字 需 要 3X24=72个 字 节 表 示；32X32点 阵 汉 字 需 要 4X32=128个 字 节 表 示。点 阵 的 行 列 数 越 多，所 描 绘 的 汉 字 越 精 细，但 占 用 的 存 储 空 间 越 多。16X16点 阵 基 本 能 表 示 GB2312-80中 的 所 有 简 体 汉 字。24X24点 阵 则 能 表 示 宋 体、楷 体、黑 体 等 多 字 体 的 汉 字。这 两 种 点 阵 是 比 较 常 见 的 点 阵，前 一 种 一 般 用 于 显 示，而 后 一 种 一 般 用 于 打 印。除 此 之 外，还 有 32X32、40X40、48X48、64X64、48X72、96X96和 108X 108等 点 阵，这 些 主 要 用 于 印 刷。1.2 计 算 机 的 发 展 与 分 类 1.2.1 计 算 机 的 发 展 自 1946年 世 界 上 第 一 台 电 子 计 算 机 问 世 以 来，计 算 机 技 术 得 到 了 突 飞 猛 记 得 发 展。短 短 40多 年 的 时 间，已 经 历 了 四 代 的 更 替：电 子 计 算 机、晶 体 管 计 算 机、集 成 电 路 计 算 机 和 大 规 模、超 大 规 模 集 成 电 路 计 算 机。20世 纪 80年 代 初 日 本 和 美 国 又 分 别 宣 布 了 第 五 代“非 冯 诺 依 曼”计 算 机 和 第 六 代“神 经”计 算 机 的 研 制 计 划。计 算 机 按 其 性 能、价 格 和 体 积 的 不 同，一 般 分 为 5 大 类：巨 型 机、大 型 机、中 型 机、小 型 机 和 微 型 计 算 机。微 型 计 算 机 是 20世 纪 70年 代 初 研 制 成 功 的。一 方 面 由 于 军 事、空 间 及 自 动 化 技 术 的 发 展 需 要 体 积 小、功 耗 低、可 靠 性 高 的 计 算 机，另 一 方 面，大 规 模 集 成 电 路 技 术 的 不 断 发 展 也 为 微 型 计 算 机 的 产 生 打 下 了 坚 实 的 物 质 基 础。微 处 理 器 是 微 型 计 算 机 的 核 心 芯 片，通 常 简 称 为 口 P 或 MP（MicroProcessor），它 是 将 计 算 机 中 的 运 算 器 和 控 制 器 集 成 在 一 片 硅 片 上 制 成 的 集 成 电 路。这 样 的 芯 片 也 被 称 为 中 央 处 理 单 元，简 称 为 CPU（Central Processing Unit）,微 型 计 算 机 简 称 为 口 C 或 MC（Micro Computer），它 是 有 微 处 理 器、适 量 内 存 和 I/O接 口 电 路 组 成 的 计 算 机。30多 年 来，微 处 理 器 和 微 型 计 算 机 获 得 了 极 快 的 发 展，几 乎 每 两 年 微 处 理 器 的 集 成 度 翻 一 番，每 24年 更 新 换 代 一 次，现 已 进 入 第 六 代。第 一 代（19711973年）4 位 或 低 档 8 位 微 处 理 器 1971年 美 国 Intel公 司 研 制 成 功 的 4004是 集 成 度 为 2000个 晶 体 管、片 的 4 位 微 处 理。1972年 Intel公 司 推 出 低 档 8 位 的 8008也 属 于 第 一 代 微 处 理 器 产 品。第 一 代 微 处 理 器 的 指 令 系 统 比 较 简 单，运 算 能 力 差、速 度 慢（基 本 指 令 的 执 行 时 间 为 1020us）,但 价 格 低 廉。软 件 主 要 使 用 机 器 语 言 及 简 单 的 汇 编 语 言。第 二 代（19741978年）中 高 档 8 位 微 处 理 器 微 处 理 器 问 世 后，众 多 公 司 纷 纷 研 制 微 处 理 器，逐 步 形 成 以 Intel公 司、Motorola公 司、Zilog公 司 产 品 为 代 表 的 三 大 系 列 微 处 理 器。1973年 到 1975年，中 档 微 处 理 器 以 Intel8080、Motorola的 MC6800为 代 表。1976年 到 1978年，出 现 高 档 8 位 微 处 理 器，典 型 产 品 位 Intel 8085、Z80 和 MC6809。第 二 代 微 处 理 器 比 第 一 代 有 了 较 多 改 进，集 成 度 提 高 14倍，运 算 速 度 提 高 1015倍，指 令 系 统 相 对 比 较 完 善，已 具 有 典 型 的 计 算 机 体 系 结 构 以 及 中 断、存 储 器 直 接 存 取（DMA）功 能。软 件 除 汇 编 语 言 外，还 可 以 使 用 BASIC、FORTRAN以 及 PL/M等 高 级 语 言。后 期 开 始 配 上 操 作 系 统，如 CP/M（Control ProgramMonitor）操 纵 系 统，他 运 用 于 以 8080A/8085A、Z80,MC6502为 CPU,带 有 磁 盘 及 各 种 外 设 的 微 型 计 算 机 系 统。第 三 代（19781981年）16位 微 处 理 器1977年 左 右，超 大 规 模 集 成 电 路 工 艺 研 制 成 功，一 片 硅 片 上 可 集 成 一 万 个 以 上 的 晶 体 管，16Kb和 64Kb半 导 体 存 储 器 也 已 出 现。微 处 理 器 及 微 型 计 算 机 从 第 二 代 发 展 到 第 三 代。三 大 公 司 陆 续 推 出 16位 微 处 理 器 芯 片，如 Intel 8086的 集 成 度 为 29000晶 体 管/片，Z8000为 17500晶 体 管/片，MC68000为 68000晶 体 管/片。这 些 微 处 理 器 的 基 本 指 令 执 行 时 间 约 为 0.15yS o以 各 项 性 能 指 标 看，比 第 二 代 微 处 理 器 提 高 了 很 多，己 达 到 或 超 过 原 来 中、低 档 小 型 机 的 水 平。用 这 些 芯 片 组 成 的 微 型 计 算 机 有 丰 富 的 指 令 系 统、多 级 中 断 系 统、多 处 理 机 系 统、段 式 存 储 器 管 理 以 及 硬 件 乘 除 运 算 等。除 此 以 外，还 配 备 了 功 能 较 强 的 系 统 软 件。为 方 便 原 8 位 机 用 户，Intel公 司 很 快 推 出 8088,其 指 令 系 统 完 全 与 8086兼 容，内 部 结 构 仍 为 16位，但 外 部 数 据 总 线 是 8 位。并 以 8088为 CPU组 成 了 IBM PC PC/XT等 16位 机。由 于 其 性 能 价 格 比 高，很 快 占 领 了 世 界 市 场。与 此 同 时，Intel公 司 在 8086基 础 上 研 制 出 性 能 更 优 越 的 16位 微 处 理 器 芯 片 80286,以 80286为 CPU组 成 IBM PC/AT高 档 16位 机。以 上 介 绍 的 是 16位 微 型 计 算 机 发 展 的 一 条 途 径，即 在 原 8 位 机 的 基 础 上 发 展 而 来。另 一 条 途 径 是 将 已 流 行 的 16位 小 型 计 算 机 微 型 化，例 如 美 国 DEC公 司 将 PDP-11/20微 型 化 为 LS-11,将 中 档 PDPT1/34微 型 化 为 LSI-23,又 如 NOVA机 微 型 化 为 MicroNOVA等 等。第 四 代(1985年 后)32位 高 档 位 处 理 器 1985年，Intel公 司 退 出 了 32位 微 处 理 器 芯 片 80386。80386有 两 种 结 构：80386sx和 80386DX。这 两 种 的 关 系 类 似 于 8088和 8086的 关 系。80386SX内 部 结 构 为 32位，外 部 数 据 总 线 为 16位，采 用 80287作 协 处 理 器，指 令 系 统 与 80286兼 容。80386DX内 部 结 构、外 部 数 据 总 线 皆 为 32位，采 用 80387作 为 协 处 理 器。1990年，Intel公 司 在 80386基 础 上 研 制 出 新 一 代 32位 微 处 理 器 芯 片 80486。它 相 当 于 把 80386/80387及 8KB(23X210Byte)高 速 缓 冲 存 储 器 集 成 在 一 块 芯 片 上，性 能 比 80386大 大 提 高。第 五 代(1993年 后)64位 高 档 微 处 理 器 1993年 3 月，Intel公 司 推 出 64位 微 处 理 器 芯 片 Pentium(80586,P5),它 的 外 部 数 据 总 线 为 64位，地 址 总 线 为 32位，内 存 寻 址 空 间 为 232B=4GB,工 作 频 率 为 66MHz,以 它 为 CPU的 Pentium机 是 一 种 64位 高 档 微 机。IBM、Apple和 Motorola三 公 司 合 作 生 产 的 PowerPC芯 片 是 又 一 种 优 异 的 64位 微 处 理 器 芯 片，以 它 为 CPU的 微 型 计 算 机 型 号 为 Macintosh,第 六 代(1995年 后)64位 高 档 微 处 理 器 1995年，Intel公 司 推 出 第 六 代 微 处 理 器 PentiumPro(P6)。它 采 用 了 0.6um工 艺，集 成 了 550万 只 晶 体 管。它 有 数 据 线 64位，地 址 线 36位，寻 找 范 围 为 236B=64GB。工 作 频率 达 200MHzo随 后，Intel公 司 陆 续 推 出 了 P6的 系 列 产 品：PentiumII、PentiumllL PentiumIV等。这 些 产 品 采 用 了 多 项 先 进 技 术，如：RISC技 术，超 级 流 水 线 技 术、超 标 量 结 构 技 术(每 个 时 钟 周 期 可 启 动 并 执 行 多 条 指 令)、MMX技 术、动 态 分 支 预 测 技 术、超 顺 序 执 行 技 术、双 独 立 总 线 DIB技 术；一 级 高 速 缓 冲 存 储 器(L1)采 用 双 cache结 构(独 立 的 指 令 cache和 数 据 cache)、二 级 高 速 缓 冲 处 理 器(L2)达 256KB或 512KB：支 持 多 微 处 理 器。第 六 代 微 处 理 器 性 能 优 异，适 应 当 前 多 媒 体、网 络、通 信 等 多 方 面 的 要 求。随 着 科 学 技 术 的 发 展，将 会 不 断 的 对 微 处 理 器 提 出 新 的 要 求，新 型、新 概 念 的 微 处 理 器 定 会 层 出 不 穷。微 型 计 算 机 的 特 点 和 应 用 范 围 特 点：1.体 积 小、重 量 轻、价 格 低 廉 2.简 单 灵 活、可 靠 性 高、使 用 环 境 要 求 不 高 3.功 耗 低 微 型 机 的 应 用 范 围：1.科 学 计 算 2.数 据 处 理 3.办 公 自 动 化 4.过 程 控 制 5.辅 助 系 统 6.仿 真 1.2.2计 算 机 的 分 类 如 今，微 处 理 器 的 品 种 类 以 百 计，用 不 同 的 微 处 理 器 为 核 心 组 装 成 的 微 计 算 机 种 类 更 加 繁 多，将 它 进 行 分 类，对 用 户 的 设 计 和 选 用 将 会 极 为 有 益。按 CPU的 字 长 来 分 微 处 理 器(Microprocessor)是 集 成 在 一 片 大 规 模 集 成 电 路 芯 片 上 的 中 央 处 理 器，又 称 MPU,简 称 MP。它 具 有 一 般 CPU的 功 能，它 的 体 积 远 远 小 于 一 般 CPU,还 具 有 功 耗 低，价 和 可 靠 性 高 的 优 点。按 MPU处 理 数 据 的 位 数 来 看，微 处 理 器 可 分 为 4 位，8 位，16位 和 32位 MPU。32位 微 处 理 器 是 当 今 较 先 进 最 流 行 的 微 处 理 器，它 所 构 成 的 微 型 计 算 机 也 是 当 今 世 界 最 流 行 的 较 先 进 的 微 型 计 算 机。按 微 计 算 机 利 用 的 形 态 分 类(1)单 片 微 计 算 机 在 一 个 片 子 上 包 括 有 CPU、RAM、ROM、以 及 I/O接 口 电 路 的 完 整 计 算 机 功 能 的 电 路。因 集 成 度 的 关 系，其 RAM、ROM容 量 有 限，I/O电 路 也 不 多，所 以 用 于 一 些 专 用 的 小 系 统 中。如 Intel公 司 的 MCS-48,MCS-51,MCS-98等 是 应 用 广 泛 的 单 片 微 机。(2)微 计 算 机 的 套 件 这 种 套 件 可 由 生 产 厂 家 提 供，或 者 由 设 计 者 从 市 场 上 购 买 微 处 理 器 片 子 和 可 以 与 之 相 配 的 存 储 器 片、I/O接 口 电 路 片 以 及 辅 助 电 路、元 件，自 行 设 计 或 购 买 配 套 的 印 制 板，自 行 安 装 成 满 足 的 微 处 理 器 系 统。(3)单 板 微 计 算 机 这 是 在 一 块 印 制 电 路 板 上，把 微 处 理 器、一 定 容 量 的 存 储 器 片 RAM和 ROM以 及 I/O接 口 电 路 等 大 规 模 集 成 电 路 片 子 组 装 而 成 的 微 计 算 机。通 常 在 这 块 板 上 还 包 含 固 化 在 ROM或 E-PROM中 的 容 量 不 大 的 监 控 程 序，并 配 有 典 型 外 设-如 简 易 键 盘 和 发 光 数 码 管 做 显 示 器。这 种 单 板 机 也 可 买 到 成 套 配 件 由 用 户 自 己 组 装 而 成。(4)微 计 算 机 系 统 将 包 含 CPU、RAM、ROM和 I/O接 口 电 路 的 主 板 和 其 它 若 干 块 印 制 电 路，如 存 储 器 扩 展 板，外 设 接 口 板、电 源 等 组 装 在 一 个 机 箱 内，构 成 一 个 完 整 的、功 能 更 强 的 计 算 机 装 置。在 这 类 系 统 中，通 常 还 配 有 硬 磁 盘、光 盘 驱 动 器 作 为 外 部 存 储 器，键 盘、屏 幕 显 示 终 端、打 印 机 等 外 部 设 备，并 且 有 丰 富 的 软 件 支 持。已 经 进 入 家 庭 和 个 人 办 公 范 围，因 而 有 个 人 计 算 机 PC(Personal Computer)之 称。1.3 微 型 计 算 机 的 组 成 微 计 算 机 系 统 和 一 般 电 子 计 算 机 结 构 上 的 共 同 之 处 在 于:他 们 都 是 由 硬 件 和 软 件 两 个 大 部 分 组 成，可 归 纳 为 如 下 页 所 示 的 关 系 图。微 计 算 机 硬 件 外 围 设 备 微 处 理 器 内 存 储 器|I/O接 口 电 路 系 统 总 线 j 外 部 设 备 过 程 I/O通 道 电 源 微 计 算 机 系 统 监 控 程 序 系 统 软 件 操 作 系 统 编 辑 编 译 程 序 诊 断 解 释 程 序 软 件/机 器 语 言 程 序 设 计 语 言 汇 编 语 言 高 级 语 言 应 用 软 件，软 件 包，数 据 库 1.3.1 微 型 计 算 机 系 统 的 硬 件 组 成 以 微 处 理 器 为 核 心，配 上 只 读 存 储 器(ROM)、读 写 存 储 器(RAM)、输 入/输 出(I/O)接 口 电 路 及 系 统 总 线 等 部 件，就 构 成 了 微 型 计 算 机。所 谓 计 算 机 的 硬 件 系 统，通 俗 地 说 就 是 构 成 计 算 机 的 看 得 见 摸 得 着 的 部 件，即 构 成 计 算 机 的 硬 件 设 备。例 如：计 算 机 的 主 机、显 示 器、键 盘、磁 盘 驱 动 器 等。下 列 2 种 计 算 机 体 系 结 构 框 图。图 1-2 冯 诺 依 曼 型 结 构图 1-3 哈 佛 型 结 构 微 型 计 算 机 的 硬 件 组 成 部 分 主 要 有 微 处 理 器（CPU）、存 储 器、I/O设 备 和 系 统 总 线。见 图 1-4所 示。系 统 总 线 包 括 地 址 总 线 AB、数 据 总 线 DB和 控 制 总 线 CB组 成。在 微 机 中，各 功 能 部 件 之 间 通 过 系 统 总 线 相 连，这 使 得 各 个 部 件 的 之 间 的 相 互 关 系 变 为 面 向 系 统 总 线 的 单 一 关 系。一 个 部 件 只 要 满 足 总 线 标 准，就 可 以 连 接 到 采 用 这 种 总 线 标 准 的 系 统 中。地 址 总 线 A B拄 制 总 建 C B数 据 总 线 D B图 1-4 撇 型 计 算 机 的 功 能 模 块 微 处 理 器-采 用 大 规 模 集 成 技 术、在 一 片（或 儿 片）芯 片 上 集 成 的 计 算 机 中 央 处 理 器 CPU大、中 型 计 算 机 的 中 央 处 理 器 MPU（up）微 处 理 器 微 型 计 算 机-以 微 处 理 器 为 基 础，配 以 存 储 器、输 入/输 出（I/O）接 口 电 路 以 及 其 他 配 套 电 路 构 成 的 裸 机 1.3.2 微 型 计 算 机 系 统 的 软 件 组 成 微 计 算 机 的 软 件，从 广 义 角 度 来 说 包 括 各 种 程 序 设 计 语 言、系 统 软 件、应 用 软 件 和 数 据 库 等。微 计 算 机 根 据 使 用 场 合 的 不 同 和 利 用 形 态 不 同，因 而 设 计 者 或 生 产 厂 家 给 它 配 上 的 软 件 规 模 也 不 同。1.程 序 设 计 语 言 程 序 设 计 语 言 是 指 用 来 编 写 程 序 的 语 言，是 人 和 计 算 机 之 间 用 来 交 换 信 息 所 用 的 一 种 工 具，又 称 编 程 环 境，通 常 分 为 机 器 语 言、汇 编 语 言 和 高 级 语 言 三 类。（1）机 器 语 言 机 器 语 言 就 是 能 够 直 接 被 计 算 机 识 别 和 执 行 的 语 言。计 算 机 中 传 送 的 信 息 是 一 种 用“0”和“1”表 示 的 二 进 制 码，因 此，机 器 语 言 程 序 就 是 用 二 进 制 代 码 编 写 的 代 码 程 序。对 于 每 种 微 计 算 机，若 使 用 的 叩 不 同（因 每 种 卬 都 有 自 己 的 指 令 系 统），所 以 使 用 的 机 器 语 言 也 就 不 相 同。显 然，用 计 算 机 语 言 编 写 程 序，优 点 是 计 算 机 认 得，缺 点 是：直 观 性 差、繁 琐、容 易 出 错，对 不 同 的 好 的 机 器 也 没 有 通 用 性 能 等，因 而 难 于 交 流，在 实 际 应 用 中 很 不 方 便，则 很 少 直 接 采 用。（2）汇 编 语 言 基 于 机 器 语 言 的 缺 点，人 们 想 出 一 种 办 法 一 用 一 种 能 够 帮 助 记 忆 的 符 号，即 用 英 文 字 母 或 缩 写 符 号 来 表 示 机 器 指 令，则 称 这 种 用 助 记 符（Memonic）表 示 的 机 器 语 言 为 汇 编 语 言。由 于 汇 编 语 言 程 序 使 用 这 种 帮 助 记 忆 的 符 号 指 令 汇 集 而 成 的，因 此 程 序 比 较 直 观，从 而 易 记 忆、易 检 查、便 于 交 流。但 是 用 助 记 符 指 令 编 写 的 汇 编 语 言 程 序（又 称 源 程 序）计 算 机 是 不 认 得 的；汇 编 语 言 源 程 序 必 须 要 翻 译 成 与 之 对 应 的 机 器 语 言 程 序（又 称 目 标 程 序）后，计 算 机 才 能 执 行。担 任 翻 译 加 工 的 系 统 软 件 称 为 汇 编 程 序（Assembler）。没 有 汇 编 程 序 的 机 器，对 源 程 序 的 翻 译 可 由 人 工 来 进 行，这 种 翻 译 称 为“手 编”或 人 工 代 真，也 可 再 用 相 同 印 的 配 有 汇 编 程 序 的 另 外 机 器 上 去 翻 译 成 目 标 程 序 后，再 送 回 本 计 算 机 执 行。由 于 汇 编 语 言 的 符 号 指 令 与 机 器 代 码 是 一 一 对 应 的，从 执 行 的 时 间 和 占 用 的 存 储 空 间 来 看，它 和 机 器 语 言 一 样 是 高 效 率 的，同 时 也 因 计 算 机 所 用 的 呼 不 同 而 异。机 器 语 言 和 汇 编 语 言 都 是 面 向 机 器 的 程 序 设 计 语 言，又 称 初 级 语 言，使 用 它 便 于 利 用 计 算 机 的 所 有 硬 件 特 性，是 能 直 接 控 制 硬 件 的 一 种 语 言。（3）高 级 语 言 又 称 为 算 法 语 言。为 了 从 根 本 上 克 服 初 级 语 言 的 缺 点，一 方 面 为 了 使 程 序 设 计 语 言 适 合 于 描 述 各 种 算 法，使 程 序 设 计 中 所 用 语 句 与 实 际 问 题 更 接 近；另 一 方 面 也 为 了 使 程 序 设 计 可 以 脱 离 具 体 的 计 算 机 结 构，不 必 了 解 其 指 令 系 统，这 就 出 现 了 各 种 高 级 语 言。用 高 级 语 言 编 写 的 程 序 通 用 性 更 强。BASIC,FORTRAN,PASCAL,COBOL和 C 都 是 常 用 的 高 级 语 言。高 级 语 言 程 序 计 算 机 也 不 认 得，用 高 级 语 言 编 写 的 源 程 序 仍 需 翻 译 成 机 器 语 言 表 示 的 目 标 程 序，计 算 机 才 能 执 行，这 就 需 要 各 种 解 释 程 序 或 编 译 程 序。其 过 程 在 算 法 语 言 课 程 中 已 有 介 绍，本 课 程 不 再 赘 述。综 上 所 述，汇 编 语 言 和 高 级 语 言 各 有 所 长。用 高 级 语 言 虽 然 可 以 大 大 减 少 程 序 编 制 的 时 间，但 却 得 不 到 最 有 效 的 目 标 程 序。与 由 高 级 语 言 源 程 序 编 译 产 生 的 目 标 程 序 相 比 较，熟 练