【教学课件】第1章计算机基础.ppt

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1、第1章 计算机基础1.1 数据、信息、媒体和多媒体1.2 计算机中数值数据信息的表示1.3 计算机中非数值数据信息表示1.4 微型计算机基本工作原理1.5 评估计算机主要技术指标2.2.信息信息对人们有用的数据称为信息。计算机信息处理（或数据处理）过程：数据采集、输入组织、存贮、建库加工、转换、分类等 向人们输出有用信息信息处理的目的是获取有用信息。信息处理的目的是获取有用信息。1.1.数据数据对事实、概念或指令的一种特殊表达方式，并可由人工或自动进行加工处理、传输或转换。常见数据：数字、文字、图像、声音等。常见数据：数字、文字、图像、声音等。当这些数据在计算机中表现时，常以二进制编码形式表示

2、。a）数值型数据：数值类数据b）非数值型数据：图像、声音、字符等。计算机中的数据计算机中的数据第第1 1章章 计算机基础计算机基础1.1 1.1 数据、信息、媒体和多媒体数据、信息、媒体和多媒体与计算机信息处理有关的媒体有与计算机信息处理有关的媒体有5种：种：感觉媒体：感觉媒体：感知器官直接感觉的媒体，如声音、文字、图画、气味等。表示媒体：表示媒体：计算机内部表示感觉媒体的特殊形式，如二进制 编码。存贮媒体：存贮媒体：存放表示媒体的物理实体，如磁盘、光盘、半导 体存贮器等。表现媒体：表现媒体：将感觉媒体表示媒体（磁盘、扫描仪、话筒等）将表示媒体感觉媒体（显示器、打印机、音箱等）的物理设备。传输

3、媒体：传输媒体：将表示媒体从一台计算机传输到另一台计算机的通 信载体，如同轴电缆、光纤、电话线等。4.4.多媒体多媒体 多媒体多种感觉媒体 多媒体技术能够交互式地综合处理多种不同感 觉媒体的信息处理技术。多媒体计算机具有多媒体技术的计算机3.3.媒体媒体承载信息的载体（媒介、媒质）第第1 1章章 计算机基础计算机基础1.2.1 1.2.1 机器数和真值机器数和真值按进位的方法计数称为进位计数制进位计数制，凡进位计数制都可按权展开：anrn+an-1rn-1+a1r1+a0r0+b1r-1+b2r-2+bmr-mr=2，10，8，16 基数rk 位权 一个数，值的大小一个数，值的大小=各位权乘以

4、各位上的值。各位权乘以各位上的值。2#：计算机中数的表示方法（Binary B）8#16#：将2#表示的更简洁（Octal Q 、Hexadecimal H）10#：人机交互的需要（Decimal D）一、机器数一、机器数 数在机器中的表示形式 例：1000001010 1010001010 一个数连同它的符号位均用（一个数连同它的符号位均用（0，1）两种数码来表示）两种数码来表示第第1 1章章 计算机基础计算机基础1.2 1.2 计算机中数值数据信息的表示计算机中数值数据信息的表示第第1 1章章 计算机基础计算机基础二、真值二、真值 原来实际数本身值三、机器数的特点三、机器数的特点 1.符号

5、数值化符号数值化 2.机器数范围受字长限制机器数范围受字长限制 有关字长的概念有关字长的概念 位（bit）：计算机所能表示数的最小单位，如：“0”、“1”。字节（Byte）：一个8位2#数。字（Word）：CPU通过数据总线一次运算或处理的一组2#数，是计算机中信息的基本单位。字长（Word Length）：字的2#位数（8、16、32等），是衡 量计算机性能的重要标志。3.小数点不能直接标出，应按一定的方式约定小数点不能直接标出，应按一定的方式约定1.2.2 1.2.2 符号数的表示方法符号数的表示方法机器数可用不同的码制（编码形式）来表示。常用的码制有：原码、反码、补码原码、反码、补码原码

6、的优点：简单易懂、与真值转换方便。缺点：不便于计算（首先判符号，再决定用加或减）例：x1=67=+1000011Bx1原=01000011 P7x2=67=1000011Bx2原=11000011第第1 1章章 计算机基础计算机基础一、原码一、原码设有 X=X1 X2Xn-1 Xi 为一位2#数则：0 X1X2Xn-1X01 X1X2Xn-1X0X原=特例：0=00000000n=8时0=10000000二、反码二、反码0 X1X2Xn-1X01 X1X2Xn-1X0X反=0反=000000000反=11111111特例：特例：第第1 1章章 计算机基础计算机基础三、补码三、补码 （引入补码概

7、念，目的在于将加、减运算转化为单纯的加法运算）引入补码概念，目的在于将加、减运算转化为单纯的加法运算）1.同余的概念与补码同余的概念与补码 同余（余相等）例：钟表3=15（mod 12）用12去除3和15，余数皆为3，称 3、15在以12为模 时同余，记作：3=15 （mod 12）或说：3和15在以12为模时相等 模模为一个计量系统的最大量程为一个计量系统的最大量程推至一般：推至一般：a+M=a（mod M）a+2M=a（mod M）因而有：4+10=6=4（mod 10）6=4 （mod 10）称：以10为模时，6与4相等；6为4的补码。或说：6与4对模10来说互为补数。这时，我们可以将减

8、法转化为加法：7 4=7+6（mod 10）减去一个数等于加上这个数的补数减去一个数等于加上这个数的补数注意：注意：对于字长为对于字长为n的计算机来说，模为的计算机来说，模为2n，2n在计算机中仅能以在计算机中仅能以n 个个0表示，因此可以说，表示，因此可以说，2n与与0在计算机中的表现形式是一样的。在计算机中的表现形式是一样的。第第1 1章章 计算机基础计算机基础0补=000000000补=2n 0 00000000（mod 28）这时：这时：当已知当已知XX补补时，可由时，可由 X X补补 补补XX原原 求得求得XX原原。当当-128 X 127-128 X 127时，其原码、反码、补码见

9、时，其原码、反码、补码见P10 P10 表表1-11-1。在表中：在表中：0 0的原、反码皆有两个，而补码只有一个；的原、反码皆有两个，而补码只有一个；-128 -128的原、反码无法表示，但其补码即为的原、反码无法表示，但其补码即为-0-0的原码。的原码。2.补码的求法补码的求法定义定义 X补 =0X1X2.Xn-1 X01X1X2.Xn-1+1 X0 或或 X补=X 0X2n-12n X -2n-1X0（mod 2n）n n为机器字长为机器字长2n X第第1 1章章 计算机基础计算机基础小结 1.三种编码的最高位都是表示符号位。S=0，真值为正数，其余位为真值；S=1，真值为负数，须按一定

10、规律求出真值。4.当计算机采用不同的码制时，运算器和控制器的结构将不同。采用原码、反码、补码形式的计算机分别称为原码计算机、反码计算机和补码计算机。2.对正数，三种编码都是一样的，即x原=x反=x补。对于负数，三种编码不同。原、反和补码的实质是解决负数在机器中表示的三种不同编码方法。3.当n=8时，机器所能表示的：原码范围：-127+127，-2n-1+1 2n-11 反码范围：-127+127，-2n-1+1 2n-11 补码范围：-128+127，-2n-1 2n-11 其中，定义其中，定义10000000为为128的补码。的补码。一、补码的加法一、补码的加法x+y补=2n+（x+y）=（

11、2n+x）+（2n+y）=x补+y补 结论：两个数和的补码等于两个数补码的和。结论：两个数和的补码等于两个数补码的和。即两个数的补码相加，一定得到它们和的补码。即两个数的补码相加，一定得到它们和的补码。欲求真值，可通过欲求真值，可通过xx补补 补补 =x=x原原。二、补码的减法二、补码的减法x-y补=2n+（x-y）=（2n+x）+（2n-y）=（2n+x）+2n+（-y）=x补 +-y补 依定义可以证明：x-y补=2n+（x-y）=2n+2n-2n+(x-y)=2n+x-(2n+y)=x补-y补 所以 x-y补=x补y补=x补+-y补结论：结论：a.两个数差的补码等于两个数补码的差。两个数差

12、的补码等于两个数补码的差。b.两个数差的运算，可以转换为单纯的加法运算，两个数差的运算，可以转换为单纯的加法运算，关键是求出关键是求出-y补补。第第1 1章章 计算机基础计算机基础1.2.3 1.2.3 补码的运算补码的运算-y补补 对对y补补连同符号位在内一起求反连同符号位在内一起求反+1 （称此过程为 对对y补补求补求补 记作 y补求补）所以：所以：x-y补x补-y补x补+-y补x补+y补求补由于补码的引入，使正负数的加减运算简化为单纯的加法运算。由于补码的引入，使正负数的加减运算简化为单纯的加法运算。第第1 1章章 计算机基础计算机基础-y补的求法：（依补码定义，-y补=2n-y，而 2

13、n-y的结果是将y补连同符号位在内一起求反+1）例1：18+（-15）=？-15：（10001111)B 00010010 18补+11110001 -15补 1 00000011 +3补 进位1舍掉，真值=3三、举例三、举例带符号数的加减运算带符号数的加减运算结论：进位舍掉已体现在模上。结论：进位舍掉已体现在模上。S=0，结果即为原码。，结果即为原码。第第1 1章章 计算机基础计算机基础例 2:15+（-18）=？-18：10010010 -3补=11111101 00001111 15补+11101110 -18补 11111101 -3补 10000011 真值-3 已知补码，x原x补补

14、 结论：结论：s=1=1，结果补码的补码为原码。，结果补码的补码为原码。例3：15-18=？15-18补=15补+-18补 =15补+18补求补00010010 18补求补：11101110 00001111 15补+11101110 18补求补 11111101 -3补。结论：结论：减法转换成加法运算。减法转换成加法运算。第第1 1章章 计算机基础计算机基础结论：带符号数的运算结果可能溢出，这是因为数值占据了符结论：带符号数的运算结果可能溢出，这是因为数值占据了符 号位而造成的。号位而造成的。例4：64+65=？01000000 64补 +01000001 65补 10000001 两正数之

15、和为负。两正数之和为负。例1：x=160，y=144 求 x+y 无符号数的加减运算无符号数的加减运算 x补 10100000 +y补 10010000 CF=1 1 00110000 （304）结论：对无符号数，当加法有进位时，进位位的权为结论：对无符号数，当加法有进位时，进位位的权为28=256。所以，结果所以，结果=256+32+16=304，此数超过了，此数超过了8位字长，故位字长，故 最终结果用最终结果用CF=1来体现。来体现。对机器而言，需设置对机器而言，需设置CF标志。标志。第第1 1章章 计算机基础计算机基础例2：X=160，y=144 求 x-y 10100000 x补 +0

16、1110000 y补求补 CF=0 1 00010000 （16）结论：对无符号数，减法转换为补码加法运算。结论：对无符号数，减法转换为补码加法运算。原码相减无借位，补码相加有进位，结果为正。原码相减无借位，补码相加有进位，结果为正。结论：对无符号数，减法转换为补码加法运算。结论：对无符号数，减法转换为补码加法运算。原码相减有借位，补码相加无进位，结果为负。原码相减有借位，补码相加无进位，结果为负。11110000补补16 真值真值16例3：X=144，y=160 求 x-y 10010000 144补 +01100000 160补求补 CF=1 11110000 （16）第第1 1章章 计算

17、机基础计算机基础小结 计算机本身是无法判别有符号或无符号数的，它不管是对带符号数还是无符号数，总是按照规定的要求做加法（加法）或求补相加（减法）的运算。即，采用补码以后无符号数与带符号数的运算是兼容的。采用补码以后无符号数与带符号数的运算是兼容的。带符号数运算结果，进位丢失S=0 正S=1 负已体现在模上已体现在模上虽然进位不影响结果，但虽然进位不影响结果，但此时仍将此时仍将CF置上，方法置上，方法同无符号数同无符号数 的结果。的结果。例：10000110 +00011010 10100000 无符号无符号 134 +26 160 有符号有符号 -122+26 -96有进位（原码相减无借位）C

18、F=0 正无进位（原码相减有借位）CF=1 负1.相减运算时无符号数运算结果 不不同点仅在于：同点仅在于：第第1 1章章 计算机基础计算机基础2.相加运算时 无符号数运算结果：超过字长n，CF=1，总为正。带符号数运算结果:S=0,正 S=1,负 但在带符号数的加减运算结果中，还要判断是否溢出。但在带符号数的加减运算结果中，还要判断是否溢出。1.溢出与进位及补码运算的进位丢失之间的区别 a.溢出与进位是两个不同性质的概念溢出与进位是两个不同性质的概念 (CF)进位主要用于对无符号数的运算，指的是超过一个字长的数字的算术进位(或借位）。在多字节的算术运算中，通常低字节是无符号数，只有最高字节有符

19、号位。低字节有进位时，须有个标志CF。(OF)溢出则主要用于带符号数的运算。溢出：运算过程中的数据超出计算机所能表示的范围溢出：运算过程中的数据超出计算机所能表示的范围 （仅对带符号数而言）（仅对带符号数而言）第第1 1章章 计算机基础计算机基础 b.溢出与补码运算中的进位丢失也应加以区别溢出与补码运算中的进位丢失也应加以区别 带符号数运算时，由补码运算产生的符号位进位要丢失。但若其结果未超出-128+127（8bit字长）范围，则不能认为溢出。2.判断溢出的方法 根据参加运算的两数的符号及运算结果的符号判断溢出根据参加运算的两数的符号及运算结果的符号判断溢出 例：两数x，y (x0，y0)x

20、-y y-x 但 x+y 和应为正，若为负则有溢出。-x-y和应为负，若为正则有溢出。皆不会产生溢出。用双高位法来进行判断用双高位法来进行判断 b7”b6”b2”b1”b0”+b7b6b2b1b0 b7 b6.b2 b1 b0 0 b7无进位1 b7有进位 1 溢出 0 无溢出0 b6无进位1 b6有进位Cp=CsCp=溢出的处理：增加字长。溢出的处理：增加字长。Cs=最高位进位最高位进位最高位进位最高位进位次高位进位次高位进位次高位进位次高位进位2.带符号数的运算结果可能溢出带符号数的运算结果可能溢出3.无符号数的运算规则无符号数的运算规则 a.凡参加运算的数为正数，整个字长表示数值。b.两

21、个无符号数相加，只要绝对值不超过n位（溢出），和一定为正数。溢出（进位）时，可增加字长。c.两个无符号数相减，差值符号取决于两数绝对值的大小。第第1 1章章 计算机基础计算机基础总结总结1.带符号数的运算规则带符号数的运算规则 凡参加运算的数用补码表示。将符号位看成数参加运算。结果处理MSB有进位，舍去。MSB=0，正数 原码MSB=1，负数 补 原码 补 真值X Y补补=X补补+Y补补 X，Y为正负数均可，符号位参与运算。通常使用的标志位：通常使用的标志位：ZF 结果是0；OF 带符号数溢出；SF 结果是负数；CF 结果的最高位产生了进位或借位。无论是否有符号，运算器做相同的运算。将计算结果

22、当作无符号数设置CF，同时将结果当作带符号数设置SF和OF。程序设计者自行根据数据类型选定有效的标志位。第第1 1章章 计算机基础计算机基础 定点数与浮点数定点数与浮点数 计算机不仅要处理整数运算，还需处理小数运算，如何处理小数点位置是十分重要的。通常有定点与浮点两种方法。一、定点表示法一、定点表示法 小数点位置在数中固定不变 常用两种为：1.定点纯小数 小数点固定在最高数值位左边,其本身不占位 其格式为尾数尾数S符号位符号位 小数点隐含在此处 2.定点纯整数 小数点固定在最低数值位右边,其本身不占位 其格式为尾数尾数S符号位符号位小数点隐含在此处 第第1 1章章 计算机基础计算机基础例：例：

23、例：例：P12P12例1：有如下两个8位二进制数N1=+84 0 1 0 1 0 1 0 0 N1:符号位符号位 小数点位置小数点位置N2=-84 1 0 1 0 1 1 0 0 N2:符号位符号位 小数点位置小数点位置 1 0 1 0 1 1 0 0例2：有例1中同样两个数，小数点位置不同，则有 0 1 0 1 0 1 0 0 N1:符号位符号位 小数点位置小数点位置 N2:符号位符号位 小数点位置小数点位置分别表示真值：N1=+1010100=+0.65625，N2=-1010100=-0.65625结论：结论：定点整数和定点小数在格式上毫无差别，这是因为定点 数的小数点是隐含的，但它们的

24、真值却不相同它们的真值却不相同。第第1 1章章 计算机基础计算机基础 定点数将小数点固定，运算起来很不方便。要求对原始数据要 用比例因子换算。二、浮点表示法二、浮点表示法 在位数有限的前题下，尽量扩大数的表示范围，同时又保持 数的有效精度，往往采用浮点数表示数值。如：N=2pS 阶码p的大小规定了数的范围，尾数S的长短则规定了数的有效数字的位数(精度)。浮点数浮点数浮点数浮点数进位计数制的基数进位计数制的基数进位计数制的基数进位计数制的基数阶码，带符号整数，用补码表示阶码，带符号整数，用补码表示阶码，带符号整数，用补码表示阶码，带符号整数，用补码表示N N的尾数，是数值的有效部分，的尾数，是数

25、值的有效部分，的尾数，是数值的有效部分，的尾数，是数值的有效部分，绝对值绝对值绝对值绝对值1,1,即即即即|S|1|S|9（1001)时，则应作加6（0110)修正。2.两个BCD数相加结果 16（产生进位),也应加6（0110)修正。以此来解决计算机总是将代码当成二进制来处理所带来的结果。注意：注意：在计算机中有专门的十进制调整指令DAA（DAS），使机器按照规则自动进行调整运算（加法时加6修正；减法时减6修正)。3.BCD码在计算机中的表示方法码在计算机中的表示方法 压缩BCD码 用4位二进制编码表示1位十进制数。即1个字节表示0099，如(56)10=(01010110)BCD。非压缩B

26、CD码 用8位二进制数表示1位十进制数。即用1个字节表示09，字节的高4位总置0。如(56)10BCD。第第1 1章章 计算机基础计算机基础1.3 1.3 计算机中非数值数据信息表示计算机中非数值数据信息表示非数值数据 文字、图画、声音等。将字符进行编码，以2#代码形式存入计算机。常用编码：ASCII代码（美国国家信息交换标准代码）用8位2#数表示字符，共可表示256种。但通常用bit7做奇偶校验位。所以共128个字符。控制作用的“功能码”32个 (不可打印）供书写和描述信息用的“信息码”96个。(可打印)128例：BEL Bell (07H，响铃)Del deletion (7FH，删除)C

27、R Carriage Return (0DH，回车)LF Line Feed (0AH，换行)西文 拉丁字母、数字、标点符号及一些特殊符号，统称为字符统称为字符（character)。1.3.11.3.1 西文信息的表示西文信息的表示第第1 1章章 计算机基础计算机基础0，1，2，9 A，B，a，b，30H 31H 32H 39H 41H 42 H 61H 62H 空格 space 20H注意：注意：中间跳过7个39H,3AH,3BH,3CH,3DH,3EH,3FH,40H,41H故：“09”+30H “30H39H”“AF”+37H “41H46H”用bit7做奇偶校验偶校验：bit7应使b

28、7b0中1的个数为偶。奇校验：bit7应使b7b0中1的个数为奇。我国的我国的GB198880编码字符集，除￥编码字符集，除￥$外，其余同外，其余同ASCII码。码。中文信息的表示中文信息的表示1.汉字总数多，字形复杂，在计算机中采用GB2312-80标准，规定一个汉字用两个字节来编码，共可编码：25625665536种第第1 1章章 计算机基础计算机基础2.为与ASCII编码相区别，将每个字节的低7位用于编码，称为双7位汉字编码（国标码），共可编码：12812816384种 或将每个字节的最高位bit7=1，形成汉字的另一种编码（汉字机内码）。内码用于统一不同系统所使用的不同汉字输入码。内码

29、用于统一不同系统所使用的不同汉字输入码。国标码的每个字节国标码的每个字节80H 汉字机内码汉字机内码3.汉字的输入输出 输入法输入法很多，不同输入法有自己的编码方案，称为输入码。但输入码进入机器后，必须转换为机内码，以便统一。输出输出是先用汉字字型码（点阵编码）将汉字按字型排成点阵，常用点阵有：1616，2424，3232或更高。然后将此图形 画在屏幕上。计算机中图、声、像的表示计算机中图、声、像的表示图、声、像等模拟信号 采样、量化、编码 数字信息 再压缩、存储 还原处理、数模转换 原来信息。第第1 1章章 计算机基础计算机基础1.4 1.4 微型计算机基本工作原理微型计算机基本工作原理 近

30、五十年来，虽然计算机已经取得了惊人的进步，相继出现了各种结构的计算机，但究其体系，仍属冯.诺依曼结构体系（1946 年提出）：计算机应由：运算器、控制器、存贮器、输入、输出设备 五部分组成。存贮器不但能存贮数据，也能存贮程序，并有区分它们的本领。程序存入存贮器中，在指令计数器（程序计数器）控制下自动 高速运行非流水线操作（串行运行或顺序运行）。冯冯.诺依曼型计算机的基本工作原理是：程序控制和程序存储。诺依曼型计算机的基本工作原理是：程序控制和程序存储。1.4.11.4.1 微型计算机的硬件组成微型计算机的硬件组成 微型计算机硬件系统是以微处理器（CPU）为核心，通过系系统总线统总线连接内存储器

31、和I/O接口电路而构成的，微型计算机硬件系统结构图如下图所示。构成微型计算机的关键是如何将这些部件有机地连接起来。第第1 1章章 计算机基础计算机基础处理器子系统DB数据总线CB控制总线I/O接口I/O接口存储器存储器AB地址总线图图1.1 微型计算机的硬件系统组成微型计算机的硬件系统组成第第1 1章章 计算机基础计算机基础 微处理器是计算机的中枢，是个商品化的集成电路芯片，它的引脚个数、引脚功能、引脚的有效电平及驱动负载的能力都是确定的，其引脚通常分为 3类：AB、DB、CB。DB：微处理器与外界传送数据的信号线的集合。它决定了微处理器和外部传送数据通道的宽度，又称为微处理器的字长。双向、三

32、态的。AB：从微处理器输出的一组地址线，用以指定微处理器所访问的外界部件（存贮器、外设等）的地址。当地址总线数为n时，直接寻址空间为2n。三态输出。CB：用来使微处理器的工作与外部电路同步。有的高电平有效，有的低电平有效。有输入，也有输出。由于微处理器的结构固定，因此决定了微型计算机只能以总线由于微处理器的结构固定，因此决定了微型计算机只能以总线方式连接。方式连接。第第1 1章章 计算机基础计算机基础一、内存储器一、内存储器1.作用作用 记忆、存放记忆、存放数据和程序数据和程序 数值计算 一般自然数 数据 文字处理 字符型数据 图象处理 像素等 程序依据用途、功能和数据类型不同而不同。此信息在

33、存贮器中以二进制数表示存贮单元数一个存贮单元的二进制位数 存取容量：字数字（字节）长例：例：6264 8K8bit （8KB或或64Kb），），该RAM有8K字节 3.地址与存贮单元地址与存贮单元 存贮单元：每个存贮单元存放着固定位数的二进制数据，即字或字节，多为字节。2.指标指标 存/取周期（速度）周期（速度）：存/取一个代码的时间，越快越好（一般 在10ns50ns之间）第第1 1章章 计算机基础计算机基础地址地址：每个单元编上一个号，常用16进制表示，由CPU的地址 线译码器译码得到。若地址线16，可寻址 0216-1（0000HFFFFH）若地址线20，可寻址0220-1（00000H

34、FFFFH，1M地址空间）注：每个单元的地址与该单元中内容是完全不同的。注：每个单元的地址与该单元中内容是完全不同的。地址译 码器地 址Reg.控制电路存贮体数据寄存器地址总线存贮器由存贮体存贮器由存贮体+辅助电路构成辅助电路构成地址 0 1 m-2m-1n位二进制4.CPU对存贮器的读对存贮器的读/写操作写操作 读操作读操作：CPU送地址地址 Reg（MAR）译码器选中相（又称取）应内存单元，在读控制信号控制下，数据数据寄 存器（MDR）CPU第第1 1章章 计算机基础计算机基础 写操作写操作：CPU送地址地址 Reg（MAR）译码器选中相（又称 应内存单元，然后将待写数据MDR中，在写控制

35、CPU存）信号控制下，将MDR中的数据写入内存。5.内存的分类内存的分类 随机存取存储器（RAM：DRAM、SRAM）：信息可写入、可读出；读出不破坏其内容。写入新的内容之 前，旧的保持。但在断电时内容消失，通常用于存放数据。但在断电时内容消失，通常用于存放数据。当一个字存放于内存时：低对低，高对高。当一个字存放于内存时：低对低，高对高。二、二、CPU（微处理器）（微处理器）1.作用作用 具有运算与控制功能，指挥整个计算机协调工作。2.基本部件基本部件 CPU=ALU+Reg.组+CU只读存储器（ROM：PROM、EPROM、E2PROM 等）：信息只可读出，不可写。一经写入，几乎可永久保持，

36、用于存放程序。一经写入，几乎可永久保持，用于存放程序。ALU：完成各种算术运算和逻辑运算。Acc：提供ALU运算的一个操作数，并存放运算结果。FR：用来记录计算机运行时某些重要标志（如：溢出、进位、结果为0、正、负等）。有时根据这些状态控制CPU的运行。Reg.组：用来存放少量数据及运算结果，提高CPU的 运算速度其其中中，有有一一个个特特殊殊的的寄寄存存器器称称为为堆堆栈栈指针指针SP。堆栈与堆栈指针堆栈与堆栈指针SP（Stack Pointer）堆栈 常用来存放信息，其特征为先进后出(FILO)。寄存器 存贮器中的一段（通常用这种）高低向下生成低高向上生成PUSHPOP 当一个字存放于堆栈

37、时：低对低，高对高。当一个字存放于堆栈时：低对低，高对高。第第1 1章章 计算机基础计算机基础运算器运算器：ALU+Reg.组，即 ALU+累加器Acc+Reg.组+FR(标志寄存器，或称PSW）常用两种栈的形式(宽度都是8bit)第第1 1章章 计算机基础计算机基础 堆栈指针SP 作用 指示当前栈顶，即SP中为当前栈顶的地址。对向下生长的堆栈对向下生长的堆栈 push sp-1 sp pop sp+1 sp 对向上生长的堆栈 push sp+1 sp pop sp-1 sp 常用向下生长的堆栈。常用向下生长的堆栈。(注：堆栈在内存中，堆栈指针在注：堆栈在内存中，堆栈指针在CPU中中)PC（程

38、序计数器）指出程序中将要执行的指令地址 IR（指令寄存器）寄存从内存来的指令 ID（指令译码器）分析指令用 PLA（控制逻辑）发出相应的节拍脉冲和电位，去完 成指令的所有操作。三、外存贮器三、外存贮器（不能直接与CPU打交道）外存的使用可解决数据、程序量大，不能都放于内存或需永久记忆的场合（内存在掉电后，则信息丢失）。控制器：控制器：CU=PC+IR+ID+PLA 常用外存 磁盘 软盘：1.2MB/1.44MB 硬盘：1080GB 光盘 CD（只读）：600MB四、四、I/0设备设备1.人人机联系机联系 输入设备：键盘、卡片输入机、条形码识别、A/D转换等。输出设备：LED显示器、CRT、打印

39、机、绘图仪等。输入输出：磁盘I/O设备分类 2.I/O接口接口 由于外设速度低，难以和CPU及MEM工作速度相匹配。工作电平常常也不同。需要一个中间环节I/O接口，以达到缓冲与锁存缓冲与锁存、变换变换、隔隔离离、外设选址外设选址和和状态联络信号状态联络信号“忙、闲忙、闲”的目的。保证数据在外设与CPU间正常传送。第第1 1章章 计算机基础计算机基础外存归属于外设，须通过接口才能将信息送至内存。总线的优点：减少计算机中信息传送线根数，提高可靠性。方便对存贮器及I/O接口芯片进行扩充。但以牺牲但以牺牲“分时分时”工作速度为代价。工作速度为代价。按总线性质，总线可分为：AB、DB、CB。按总线连接对

40、象不同，总线可分为：1.内总线内总线（又称板内总线，用于芯片级的连接。用于芯片级的连接。）将CPU、ROM、RAM、基本I/O接口等连成一个系统。2.系统总线系统总线（又称板间总线，用于部件级的连接。用于部件级的连接。）在该总线上装有58个通用I/O扩展插槽，不同设备的接口电路通过扩展槽与主机相连。为了提高产品互换性和便于大规模生产，制定了各种总线标准。如：S-100(IEEE-696)，STD(IEEE-P961)，Multi Bus（IEEE-796）。第第1 1章章 计算机基础计算机基础五、总线五、总线（Bus）信号线的集合，用于信号线的集合，用于p与部件之间的连接，也用于部件与部件之间

41、的连接，也用于部件与设备的扩充。与设备的扩充。第第1 1章章 计算机基础计算机基础在PC机中有几种常用的总线标准：PC总线（又称8位ISA总线）PC/XT标准，总线信号 62个。AT总线标准（ISA总线）98个信号（用于286、386）EISA总线标准 用于486，有的486还用VESA总线。PCI总线 现用于Pentium上，有32位或64位。AGP总线 在计算机上用于显卡与CPU的连接。3.外部总线外部总线（用于微机与外设间的连接用于微机与外设间的连接）常用的有：RS-232（标准串口），Centronic（标准并口），IEEE-488（GPIB），USB，1394等。微型计算机的软件系统

42、微型计算机的软件系统微机的软件可分为系统软件和应用软件两大类。微机的软件可分为系统软件和应用软件两大类。软件系统软件系统是人们为使用和开发计算机而设计的各种程序各种程序以及程序设计语言程序设计语言和有关资料有关资料的总称。其基本功能是控制、管理、维护计算机系统运行，解决用户的各种实际问题。1.系统软件系统软件 系统软件是进行计算机系统管理、调度、监控和维护的软件，一般包括以下几类。操作系统 操作系统是计算机系统中必不可少的软件，一 般将对计算机的全部硬件和软件资源进行统一 管理、统一调度和统一分配的软件系统称为计 算机的“操作系统”。数据库和数据库管理系统 各种程序设计语言及其解释程序和编译程

43、序 机器的监控管理程序、调试程序、故障检查和诊断程序。网络软件和窗口软件等。第第1 1章章 计算机基础计算机基础2.应用软件应用软件 是用户根据自己的需要，为解决某种问题而编制的一些软件。又可为通用应用软件和专用应用软件两大类。1.4.3 1.4.3 微型计算机中指令执行的基本过程微型计算机中指令执行的基本过程第第1 1章章 计算机基础计算机基础 源程序 机器语言程序 计算结果 编译一、操作、指令、程序一、操作、指令、程序操作：操作：为对数据加工,CC必须完成的基本动作。如四则运算等.操作数：操作数：被操作的信息。指令：指令：通知计算机进行什么操作的命令。操作码操作数指令的组成指令的组成告诉告

44、诉uC干什么干什么指出操作数或操作数指出操作数或操作数所在地址所在地址指令系统：指令系统：全部指令的集合。形成各种型号计算机独自特点和差异.程序：程序：按解题步骤，用指令形式排出的一组相关指令的集合。机器语言程序：机器语言程序：用机器语言编制的程序。源程序：源程序：用户为解决自己问题用汇编语言或高级语言编制的程序。第第1 1章章 计算机基础计算机基础 1.算术及逻辑类：加、减、乘、除、比较、逻辑与、或等.2.数据传送和交换类：RegMEM，RegReg 3.程序控制类：转移指令 4.输入/输出：用于沟通计算机与外部世界的联系，也可归为 传送类指令。5.CPU控制类：停机、复位、处理机状态设置等

45、。二、指令类别二、指令类别 虽然不同的计算机有不同的指令系统，但一般的指令系统均包括以下几类指令：例：5+4=？（编制程序：3条指令，5个字节）MOV A，5 3EH 05H ADD A，4 C6H 04H HAT 76H三、指令三、指令 的执行过程的执行过程 指令的执行分为两个阶段：取指和执指取指和执指（见P29图1-13）。第第1 1章章 计算机基础计算机基础 指令在存贮器中的位置 指令以二进制的形式存放在内存中，是顺序存放，一个字节占用一个存贮单元，且程序区与数据区、堆栈区各自分开。步骤：取指阶段取指阶段 )PC MAR（内存地址Reg.）)PC+1 PC )CPU发“读命令”)100H

46、 MDR（内存数据Reg.）)MDR IR )译码，PLA发控制信号。（此时译出为此时译出为“MOV”指令，指令，因此执行指令时将因此执行指令时将05HA）地址100H 76 04 C6 05 3E101H 执行程序（例 MOV A，05H）约定：X 寄存器名称或存储单元地址 X X单元存的内容 数据传送方向 执指阶段：执指阶段：)PC MAR )PC+1 PC )CPU发“读命令”)101H MDR )MDR Acc第第1 1章章 计算机基础计算机基础1.5 1.5 评估计算机主要技术指标评估计算机主要技术指标 计算机的优劣由系统结构、指令系统、硬件组成、外部设备以及软件配备是否齐全等诸多因

47、素决定。一、一、CPU字长字长 一次能处理的二进制码位数 定义 数据总线的宽度 内存字长（字长越长，速度相应快）二、内存贮器容量与速度二、内存贮器容量与速度 速度：用存取周期来衡量。执行一次完整的读/写操作所需的时间称为存取周期，一般均为几十ns。第第1 1章章 计算机基础计算机基础三、指令执行时间三、指令执行时间 对不同类型指令执行速度的平均（MIPS 百万条/秒）CPU时钟频率（主频）四、系统总线的传输速率（四、系统总线的传输速率（以MB/S为单位)ISA：5MB/S EISA：20MB/S PCI：133MB/S或267MB/S六、外部设备与软件配备情况六、外部设备与软件配备情况 外部设备配备多少要考虑 如：外存容量 打印机型号 CRT 等 软件配备情况五、五、iCOMP（见书P31）