第一章微型計(jì)算機(jī)概述

1、1第一章第一章 微型計(jì)算機(jī)概述微型計(jì)算機(jī)概述21. 電子計(jì)算機(jī)電子計(jì)算機(jī)(1/2)l電子計(jì)算機(jī)：能夠在程序控制下進(jìn)行信息處理的電子設(shè)備.l組成l 中央處理器l 內(nèi)存儲(chǔ)器l 輸入/輸出接口l 總線計(jì)算機(jī)應(yīng)稱為信息處理機(jī)1. 電子計(jì)算機(jī)電子計(jì)算機(jī)(2/2)31.1 第一臺(tái)第一臺(tái)可由程序控制的可由程序控制的數(shù)字式數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)電子計(jì)算機(jī)l電子數(shù)字積分器與計(jì)算器，ENIACl1946年，美國賓夕法尼亞大學(xué)研制l總造價(jià)100多萬美元l使用18800多個(gè)電子管、1500多個(gè)繼電器和500余英里長的導(dǎo)線l占地150平方米、重30噸、耗電l50千瓦l字長12位、運(yùn)算速度約為0.5KIPSl采用重新連接線路的

2、方法編程41.2 計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段(1/2)l電子管計(jì)算機(jī)(1946年1958年)l邏輯元件為電子管l主存采用磁鼓、磁芯，外存采用磁帶l前期用機(jī)器語言編程，后期用匯編語言編程l主要用于科學(xué)計(jì)算l晶體管計(jì)算機(jī)(1958年1964年)l邏輯元件為晶體管l主存采用磁芯，外存采用磁盤l用高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言編程l逐步用于簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理和過程控制領(lǐng)域51.2 計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段(2/2)l集成電路計(jì)算機(jī)(1964年1971年)l邏輯元件為中/小規(guī)模集成電路l主存采用磁芯，外存采用磁盤l用分時(shí)操作系統(tǒng)、會(huì)話式高級(jí)語言編程l在事物管理與過程控制領(lǐng)域中得到深入發(fā)展l大規(guī)

3、模集成電路計(jì)算機(jī)(1971年今)l邏輯元件為大規(guī)模集成電路l主存采用半導(dǎo)體，外存采用磁盤、光盤l用Windows/網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言編程l在各個(gè)領(lǐng)域中得到普遍應(yīng)用6體積、重量和功耗顯著減小，功能、運(yùn)算精度和速度、存儲(chǔ)容量和可靠性極大提高.1.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的主要研究熱點(diǎn)計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的主要研究熱點(diǎn)l多媒體信息處理系統(tǒng)l人工智能和專家系統(tǒng)l神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、生物和光學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)7更快速、更大容量、更強(qiáng)功能和更高可靠性.1.4 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)l運(yùn)算速度快l最快的達(dá)每秒數(shù)百億次l“記憶”能力強(qiáng)l可長期存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)、指令等信息l計(jì)算精度高l運(yùn)算結(jié)果可以有幾十位的有效數(shù)字l有邏

4、輯判斷功能l可通過邏輯運(yùn)算進(jìn)行判斷和推理，并可根據(jù)結(jié)果作相應(yīng)的處理l有自動(dòng)運(yùn)算和控制功能l可以完成復(fù)雜的運(yùn)算和控制程序81.5 計(jì)算機(jī)的用途計(jì)算機(jī)的用途(1/2)l科學(xué)計(jì)算l解決生產(chǎn)和科研工作中復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題.l如微分方程的計(jì)算，彈道軌跡的計(jì)算，氣象信息的計(jì)算等.l數(shù)據(jù)處理l解決信息的排序、檢索、比較、分類、統(tǒng)計(jì)和存儲(chǔ)等問題.l如銀行的儲(chǔ)蓄、信貸和結(jié)算，報(bào)刊的訂閱、分發(fā)和投遞等.l過程控制l采集并處理各種過程中的各個(gè)參數(shù)以實(shí)現(xiàn)過程的自動(dòng)控制.l如汽車、船舶和飛機(jī)的自動(dòng)駕駛等.l人工智能l賦予計(jì)算機(jī)一定的“推理”、“學(xué)習(xí)”和“判斷”的功能.l如棋牌對(duì)弈系統(tǒng)，英漢翻譯系統(tǒng)，病情診斷系統(tǒng)等.91.5

5、 計(jì)算機(jī)的用途計(jì)算機(jī)的用途(2/2)l計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造，CAD/CAMlCAD：應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)方法，設(shè)計(jì)各種工程、結(jié)構(gòu)和部件.lCAM：在CAD設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，制造各種工程、結(jié)構(gòu)和部件.l CAD+CAM構(gòu)成自動(dòng)化的工作站.l如汽車、船舶和飛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造等.l信息網(wǎng)絡(luò)l通過信道將各個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)連接起來形成網(wǎng)絡(luò)以及將這樣的一些網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)資源的共享和信息的高速傳輸.l如Internet國際互聯(lián)網(wǎng)，CERNT中國教育科研網(wǎng)等.101.6 計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)l衡量計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)有l(wèi)內(nèi)存容量?jī)?nèi)存容量：內(nèi)存的存儲(chǔ)容量，基本單位為字節(jié).l 是C

6、PU能夠直接尋址的存儲(chǔ)空間.l運(yùn)算速度：運(yùn)算速度：每秒鐘執(zhí)行加法指令的條數(shù)，用IPS(條指令/每秒)表示.l字長字長：每個(gè)字所包含的二進(jìn)制數(shù)位的個(gè)數(shù).l CPU一次可以同時(shí)傳送或處理的二進(jìn)制數(shù)位的位數(shù)，如1、4、8、16、32和64位等.l 字長較長的計(jì)算機(jī)有較強(qiáng)的信息處理能力.l 比特：比特：bit，二進(jìn)制的一個(gè)數(shù)位.l 是計(jì)算機(jī)內(nèi)部最小的信息單元. l 字節(jié)字節(jié) ：Byte，1Byte=8bits.l 是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)信息代碼的基本單位.l 字：字：作為一個(gè)整體來傳送或處理的信息代碼的若干個(gè)數(shù)位.111.7 計(jì)算機(jī)的分類計(jì)算機(jī)的分類l從原理上l電子模擬計(jì)算機(jī)、電子數(shù)字計(jì)算機(jī)l從用途上l通用計(jì)算

7、機(jī)、專用計(jì)算機(jī)l從規(guī)模上l巨型、大型、中型、小型和微型機(jī)微型機(jī)l 主要區(qū)別：字節(jié)長度、內(nèi)存容量、運(yùn)速度以及體積上的差別.12規(guī)規(guī) 模模巨巨 型型大大 型型中中 型型小小 型型微微 型型字長 (位)256以上128-25664-12832-1281-64內(nèi)存 (MB)1024以上512-1024128-51232-1280-64速度(MIPS)10001000-100100-1010-552. 微處理器和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微處理器和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展l計(jì)算機(jī)中最重要的電路部件是CPUl微型機(jī)的CPU也稱MPUl微型機(jī)同其它機(jī)種的重要區(qū)別l微型機(jī)CPU集成在一塊或幾塊芯片上集成在一塊或幾塊芯片上l其他

8、機(jī)種CPU由很多集成電路模塊組成l微型機(jī)特點(diǎn)l體積小，功耗低，可靠性高，系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活，價(jià)格低廉等.13微型機(jī)的發(fā)展主要取決于MPU的進(jìn)步2.1 微處理器的發(fā)展微處理器的發(fā)展(1/2)l研制MPU的廠商很多，Intel的產(chǎn)品最具代表性.l1971 1972年，先后推出4位的4004和8位的8008.l 分別可尋址4KB和16KB個(gè)存儲(chǔ)單元，各有45條和48條指令.l 4004和8008均采用PMOS工藝制造，集成度為2000個(gè)晶體管/片，時(shí)鐘頻率1MHz左右，平均指令執(zhí)行時(shí)間為1020us(50100KIPS).l19731977年，先后推出8位的8080和8085.l 可尋址64KB個(gè)存儲(chǔ)單元

9、，擴(kuò)充了指令系統(tǒng)，其中8085增加到246條.l 8080和8085均采用NMOS工藝制造，集成度為9000個(gè)晶體管/片，時(shí)鐘頻率14MHz，平均指令執(zhí)行時(shí)間為12us(5001000KIPS).l19781983年，相繼推出16位的8086/8088和80286.l 分別可尋址1MB和16MB個(gè)存儲(chǔ)單元，有20000多條指令.l 8086/8088和80286均采用HMOS工藝制造，集成度為27萬個(gè)晶體管/片，時(shí)鐘頻率525MHz，平均指令執(zhí)行時(shí)間為0.250.5us(24MIPS).142.1 微處理器的發(fā)展微處理器的發(fā)展(2/2)l19861989年，先后推出32位的80386和8048

10、6.l 最大可尋址4GB個(gè)存儲(chǔ)單元.l 80386采用CHMOS工藝制造，集成度為1550萬個(gè)晶體管/片，時(shí)鐘頻率1640MHz，平均指令執(zhí)行時(shí)間小于0.1us(10MIPS).l 80486采用CHMOS工藝制造，集成度為120萬個(gè)晶體管/片，時(shí)鐘頻率3366MHz，平均指令執(zhí)行時(shí)間為25ns(50MIPS).l1993年，推出64位的Pentium(數(shù)字式型號(hào)無法獲得版權(quán)).l 最大可尋址64GB個(gè)存儲(chǔ)單元.l Pentium采用亞微米的CMOS工藝制造，集成度為310萬個(gè)晶體管/片，時(shí)鐘頻率60166MHz，平均指令執(zhí)行時(shí)間小于10ns(100MIPS).l1996年，推出 Pentiu

11、m Pro(高能奔騰).l Pentium Pro較Pentium 具有更高的指令執(zhí)行速度.l1997年2000年，相繼發(fā)布Pentium MMX、Pentium、Pentium、 Pentium.152.2 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展(1/3)l按模塊的組成方式，微型機(jī)分為l片級(jí)機(jī)片級(jí)機(jī)l 將CPU、RAM 、ROM、I/O接口等集成在一塊芯片上的微型機(jī).l Intel MCS-51系列，MCS-96系列，Motorola MC6805等.l 可廣泛應(yīng)用于智能化儀器儀表以及過程控制領(lǐng)域.l板級(jí)機(jī)板級(jí)機(jī)l 將CPU、RAM、ROM、I/O接口以及相應(yīng)的外設(shè)(鍵盤、LED顯示器)以及監(jiān)控程

12、序固件等安裝在一塊印刷電路板上的微型機(jī).l TP-801，TP-86等.l 可廣泛應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域及教學(xué)實(shí)驗(yàn)中.l系統(tǒng)機(jī)系統(tǒng)機(jī)l 有充裕的內(nèi)、外存，有豐富的軟件支持，在操作系統(tǒng)的管理下進(jìn)行工作的微型機(jī).l Apple(蘋果2)機(jī)，PC機(jī)，高檔微機(jī)等.162.2 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展(2/3)l影響最大的是系統(tǒng)機(jī)系統(tǒng)機(jī)l8位機(jī)位機(jī)l 第一臺(tái)微型系統(tǒng)機(jī)是由MITS于1974年推出的、采用Intel 8080為CPU的8位Altair 8800機(jī)(為避免侵犯Intel公司版權(quán)，微機(jī)系列號(hào)采用8800).l 風(fēng)靡一時(shí)的則是由Apple于1977年推出的、采用Rockwell Intern

13、ational 6502為CPU的8位Apple機(jī).lPC機(jī)機(jī)l 8 0 年 代 初 ， I B M 先 后 推 出 一 系 列 的 P C 機(jī)機(jī) ， 主 要 包 括 I B M 的PC/XT/AT/PS2系列機(jī)及其兼容機(jī).l高檔微機(jī)高檔微機(jī)l 80年代末，IBM先后推出80386、80486、Pentium等與PC機(jī)兼容的高檔高檔微機(jī)微機(jī).172.2 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展(3/3)lPC機(jī)包括lPC型型：以8088為CPU，配一個(gè)單面軟驅(qū)，1M字節(jié)RAM，40K字節(jié)ROM(內(nèi)有BASIC解釋程序及基本I/O系統(tǒng)軟件BIOS)，三種基本外設(shè)接口(鍵盤、揚(yáng)聲器、盒式磁帶)，可配置各種

14、外設(shè)(顯示器、磁盤軟盤、打印機(jī)).lXT型型：包括標(biāo)準(zhǔn)型XT機(jī)、擴(kuò)充型XT機(jī)和XT-286機(jī). 標(biāo)準(zhǔn)形XT機(jī)以8088為CPU，配一個(gè)360KB軟驅(qū)和一個(gè)10MB硬盤，內(nèi)存為640KB；在標(biāo)準(zhǔn)型XT機(jī)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)充型XT機(jī)將硬盤擴(kuò)充到20MB；XT-286機(jī)將CPU改用80286并配1.2MB的軟驅(qū).lAT型型：以80286為CPU，配1MB內(nèi)存，1.2MB和360KB軟驅(qū)各個(gè)，40MB以內(nèi)的硬盤一個(gè)，運(yùn)算速度是XT機(jī)的2-3倍.lPS2型型：以8086或80286為CPU，配一個(gè)硬盤和兩個(gè)軟驅(qū)，運(yùn)算速度是AT機(jī)的兩倍以上，但與PC/XT/AT機(jī)不兼容.183. 微處理器微處理器 微型計(jì)算機(jī)微

15、型計(jì)算機(jī) 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)l 微處理器：運(yùn)算器+控制器+寄存器陣列+片內(nèi)總線l 微型計(jì)算機(jī)：微處理器+內(nèi)存儲(chǔ)器+I/O接口電路+總線l 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：硬件(微型計(jì)算機(jī)+外設(shè)+I/O接口板)+軟件193.1 微處理器微處理器l微處理器：運(yùn)算器+控制器+寄存器陣列+片內(nèi)總線l運(yùn)算器：運(yùn)算器：包括算術(shù)邏輯單元(ALU)、累加器、暫存寄存器和標(biāo)志寄存器.l ALU用來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算；累加器和暫存寄存器用來提供或接收ALU運(yùn)算前后的數(shù)據(jù)；標(biāo)志寄存器用來存儲(chǔ)運(yùn)算結(jié)果的特征.l控制器：控制器：包括指令寄存器、指令譯碼器以及定時(shí)與控制電路.l 負(fù)責(zé)對(duì)整機(jī)的控制. 包括取指令、分析指令和

16、執(zhí)行指令；實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器或I/O端口等部件的控制；使CPU內(nèi)部及外部協(xié)調(diào)工作等.l寄存器陣列：寄存器陣列：包括通用寄存器和專用寄存器.l 通用寄存器組用來臨時(shí)存放參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)；專用寄存器用來支持某種專門的操作，如指令指針I(yè)P(程序計(jì)數(shù)器PC)和堆棧指針SP等.20微處理器不能構(gòu)成獨(dú)立的工作系統(tǒng)3.2 微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)l微型計(jì)算機(jī)：微處理器+內(nèi)存儲(chǔ)器+I/O接口電路+總線l內(nèi)內(nèi)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器：存放程序和數(shù)據(jù).l ROMl RAMlI/O接口接口電路電路：將基本外設(shè)(如鍵盤、揚(yáng)聲器等)與CPU及內(nèi)存連接起來.l總線總線：輔助信息流動(dòng)的公共通道(連線).21微型計(jì)算機(jī)是構(gòu)成獨(dú)立工作系統(tǒng)的最小配置3

17、.3 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)l微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：硬件(微型計(jì)算機(jī)+外設(shè)+ I/O接口板)+軟件l硬件硬件：微型計(jì)算機(jī)及其各種外設(shè)，是能夠收集、加工和處理數(shù)據(jù)以及產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)的各種固定裝置的總稱.l 通過電氣的、機(jī)械的方式彼此相連.l軟件軟件：所有能夠完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序.l 硬件是軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)，軟件是硬件能夠發(fā)揮作用的條件.22微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是用戶使用計(jì)算機(jī)的基本配置3.3.1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件(1/3)l微型計(jì)算機(jī)+外設(shè)+I/O接口板l外設(shè)外設(shè)(I/O設(shè)備設(shè)備)：協(xié)助主機(jī)實(shí)現(xiàn)輸入、輸出、存儲(chǔ)等功能.l 包括l 輸入設(shè)備：輸入設(shè)備：將外界信息(數(shù)據(jù)、程序指令及

18、各種信號(hào))送入微機(jī)的設(shè)備. 典型的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、數(shù)字化儀等.l 輸出設(shè)備：輸出設(shè)備：將微機(jī)運(yùn)算和處理后的信息，以可識(shí)別的形式(如字符、數(shù)據(jù)、圖表等)記錄、打印或顯示出來的設(shè)備. 典型的輸出設(shè)備有揚(yáng)聲器、顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等.l 外存儲(chǔ)設(shè)備：外存儲(chǔ)設(shè)備：可脫離主機(jī)、脫離通電狀態(tài)記錄用戶數(shù)據(jù)和程序的裝置. 典型的外存儲(chǔ)設(shè)備有硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器等.l 輔助設(shè)備：輔助設(shè)備：協(xié)助微機(jī)完成各種功能操作的設(shè)備. 典型的輔助設(shè)備有UPS等.lI/O接口板接口板：協(xié)助系統(tǒng)總線與選配外設(shè)(非基本外設(shè))間適配邏輯功能.l 在系統(tǒng)總線與外部設(shè)備之間需要適配邏輯來實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)間信息

19、的發(fā)送和接收.233.3.1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件(2/3)243.3.1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件(3/3)253.3.2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件l廣義：指程序運(yùn)行時(shí)所需的數(shù)據(jù)以及與程序相關(guān)的文檔資料.l狹義：僅指由專業(yè)人員編制的、在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)增強(qiáng)了計(jì)算機(jī)功能的程序.l分為l 系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)軟件：管理、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)資源的軟件. l 主要包括：BIOS；操作系統(tǒng)；監(jiān)控管理、聯(lián)接程序、調(diào)試程序、故障檢查和診斷程序；解釋和編譯程序；編輯軟件；數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng).l 應(yīng)用軟件：應(yīng)用軟件：為解決用戶的各種實(shí)際問題而利用計(jì)算機(jī)及其所提供的系統(tǒng)軟件

20、編制的程序. l 按用途分為：工程計(jì)算；過程控制；數(shù)據(jù)處理；輔助設(shè)計(jì)；人工智能.264. 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)(1/3)l微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)均采用總線結(jié)構(gòu)來連接各自內(nèi)部的組件.l總線：輔助信息流動(dòng)的公共通道(連線)，計(jì)算機(jī)內(nèi)共有數(shù)據(jù)、地址和控制三種信息.l從信息上，分為數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線、地址總線地址總線和控制總線控制總線.l從結(jié)構(gòu)上，分為單總線單總線、雙總線雙總線和三總線三總線.l從層次上，分為l 片內(nèi)總線片內(nèi)總線(內(nèi)部總線內(nèi)部總線)：支持MPU內(nèi)部各單元之間信息交換.l 片總線片總線(微處理器級(jí)總線，元件級(jí)總線微處理器級(jí)總線，元件級(jí)總線)：支持微

21、型計(jì)算機(jī)內(nèi)部各單元之間信息交換.l 內(nèi)總線內(nèi)總線(系統(tǒng)總線、微機(jī)總線、板極總線系統(tǒng)總線、微機(jī)總線、板極總線)：支持微型計(jì)算機(jī)與各插件板之間信息交換.l 外總線外總線(通信總線通信總線)：支持接口與各外設(shè)之間的信息交換.274. 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)(2/3)l IBM PC/XT機(jī)中的內(nèi)總線采用8位的XT總線.l IBM PC/AT機(jī)中的內(nèi)總線采用16位的ISA總線.l IBM PC/PS2機(jī)中的內(nèi)總線采用32位的MCA總線.l 386、486高檔微機(jī)的內(nèi)總線采用32位的EISA總線.l Pentium機(jī)的內(nèi)總線采用64位的PCI總線.284. 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的總線

22、結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)(3/3)295. 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本操作過程微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本操作過程l采用數(shù)學(xué)家馮.諾依曼(John Von Neumann)提出的l程序存儲(chǔ)原理程序存儲(chǔ)原理：用機(jī)器碼指令排出的程序在執(zhí)行前，首先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)器既存儲(chǔ)程序又存儲(chǔ)數(shù)據(jù). 然后CPU逐條地從存儲(chǔ)器中逐次取出一條條指令碼，把指令碼變成控制信號(hào)序列，控制信號(hào)發(fā)向有關(guān)的部件，控制完成指令規(guī)定的操作.l 即MPU逐條地從內(nèi)存儲(chǔ)器中取出程序中的指令并執(zhí)行指令規(guī)定的操作逐條地從內(nèi)存儲(chǔ)器中取出程序中的指令并執(zhí)行指令規(guī)定的操作.l 指令：指令：計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行的各種操作的命令形式.l 指令系統(tǒng)：指令系統(tǒng)：一

23、臺(tái)計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的全部指令. l 程序：程序：按運(yùn)算功能要求把指令排列起來.l 源程序：源程序：用戶為解決實(shí)際的現(xiàn)實(shí)問題用各種語言編寫的程序.306. 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言(1/2)l編寫指令或程序時(shí)必須遵循的格式，是人機(jī)對(duì)話、聯(lián)絡(luò)的工具.l若計(jì)算機(jī)不能識(shí)別這些格式，則需“翻譯器”，即系統(tǒng)軟件中的匯編程序或解釋和編譯程序.l 程序設(shè)計(jì)語言是編制各種指令和程序的工具，它通過匯編程序、解釋和編譯程序翻譯成機(jī)器碼來向計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，執(zhí)行相應(yīng)的操作.l 不能形成指令或程序的語言是毫無意義的.l分為l獨(dú)立于機(jī)器，用不依賴于機(jī)器的具體指令表達(dá)的高級(jí)算法語言高級(jí)算法語言l 指令書寫書寫形式面

24、向人面向人(助記符)，指令表達(dá)表達(dá)形式面向人面向人.l 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)不能直接識(shí)別不能直接識(shí)別源程序，需解釋和編譯程序.l 語言格式與CPU無關(guān).l 程序易于編寫、查錯(cuò)、驗(yàn)證，可移植性和通用性好.316. 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言(2/2)l直接和機(jī)器打交道，用計(jì)算機(jī)指令表達(dá)的機(jī)器語言機(jī)器語言.l 指令書寫書寫形式面向計(jì)算機(jī)面向計(jì)算機(jī)(二進(jìn)制)，指令表達(dá)表達(dá)形式面向計(jì)算機(jī)面向計(jì)算機(jī).l 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)能夠直接識(shí)別能夠直接識(shí)別源程序、不需“翻譯器”.l CPU型號(hào)不同，語言格式不同. l 程序的編寫、調(diào)試和修改較繁瑣，執(zhí)行速度快.l用機(jī)器指令的助記符表達(dá)的匯編語言匯編語言l 指令書寫

25、書寫形式面向人面向人(助記符)，指令表達(dá)表達(dá)形式面向計(jì)算機(jī)面向計(jì)算機(jī).l 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)不能直接識(shí)別不能直接識(shí)別源程序、需匯編程序.l CPU型號(hào)不同，語言格式不同. l 程序便于理解，編程質(zhì)量高、執(zhí)行速度快，占用內(nèi)存空間小.327. 電腦電腦*133l微機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作過程與人體的結(jié)構(gòu)和生物過程類似機(jī)機(jī) (硬件硬件)人人 (硬件硬件)機(jī)機(jī) (軟件軟件)人人 (軟件軟件)CPU+存儲(chǔ)器大腦系統(tǒng)軟件世界觀接 口關(guān)節(jié)和肌肉應(yīng)用軟件具體行為和想法總 線神經(jīng)系統(tǒng)語言系統(tǒng)自然語言輸入系統(tǒng)五 官 等輸出系統(tǒng)嘴和四肢等外存儲(chǔ)器書籍和紙張8. 數(shù)制和碼制數(shù)制和碼制l計(jì)算機(jī)的基本功能：數(shù)據(jù)信息的加工和處理.l

26、數(shù)據(jù)分為l 數(shù)值數(shù)值，如+9.3、-100.l 字符字符，如3、w、計(jì)算機(jī).l計(jì)算機(jī)內(nèi)用二進(jìn)制表示信息l計(jì)算機(jī)由數(shù)字電路組成.l一個(gè)數(shù)字電路由許多開關(guān)電路單元構(gòu)成.l一個(gè)開關(guān)電路單元僅有通、斷兩種穩(wěn)定狀態(tài).l多個(gè)開關(guān)電路單元的狀態(tài)可以對(duì)應(yīng)表示編碼后的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù). 348.1 數(shù)和數(shù)制數(shù)和數(shù)制(1/5)l數(shù)是客觀事物的量在人頭腦中的反映，可用不同的數(shù)制來度量.l數(shù)制以表示數(shù)值所用的數(shù)學(xué)符號(hào)的個(gè)數(shù)來命名.l如二、八、十、十六進(jìn)制分別用2、8、10、16個(gè)數(shù)學(xué)符號(hào)來表示.lX進(jìn)制數(shù)的基本特點(diǎn)l有X個(gè)不同的數(shù)字符號(hào).l縫X進(jìn)位.l二進(jìn)制比等值十進(jìn)制數(shù)的位數(shù)多，讀、寫不方便.l以三位或四位二進(jìn)制數(shù)為一組

27、縮寫二進(jìn)制數(shù).l 即用八進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)來表示二進(jìn)制數(shù).l為避免混淆，用區(qū)分符表示不同的進(jìn)制.l 數(shù)字腳注(17.78)l 字母標(biāo)注字母標(biāo)注(B：二進(jìn)制，O/Q：八進(jìn)制，D/省：十進(jìn)制，H：十六進(jìn)制).358.1 數(shù)和數(shù)制數(shù)和數(shù)制(2/5)l計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制計(jì)數(shù)制，而人們熟悉的卻是十進(jìn)制計(jì)數(shù)制.l欲使計(jì)算機(jī)能夠處理十進(jìn)制數(shù)l 首先，將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù).l 然后，在計(jì)算機(jī)中按二進(jìn)制邏輯運(yùn)算.l 最后，將二進(jìn)制的運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換回十進(jìn)制數(shù).l如此導(dǎo)致了在不同計(jì)數(shù)制之間相互轉(zhuǎn)換的問題.l計(jì)算機(jī)編程/運(yùn)算中涉及的主要是二、八、十、十六進(jìn)制.368.1 數(shù)和數(shù)制數(shù)和數(shù)制(3/5)l (二 八 十六)

28、進(jìn)制數(shù)之間相互轉(zhuǎn)換l根據(jù)定義直接完成.l例1：10110011.100101B=263.45Q=B3.94Hl (二 八 十六)進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)l各位數(shù)的系數(shù)和各位數(shù)的權(quán)相乘后求和.l例2：1101.101B123+122+021+120+12-1+02-2+12-313.625378.1 數(shù)和數(shù)制數(shù)和數(shù)制(4/5)l 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成(二 八 十六)進(jìn)制數(shù)l十進(jìn)制整數(shù)整數(shù)轉(zhuǎn)換成(二 八 十六)進(jìn)制數(shù)l 除除X取余法：取余法：首先將十進(jìn)制整數(shù)除以X，得到商并記錄余數(shù)；然后不斷不斷地把商除以地把商除以X并記錄余數(shù)并記錄余數(shù)，直到商等于0時(shí)為止. 則各次所得的余數(shù)，依次從后向前排列即得到X進(jìn)制整

29、數(shù).l 例：301=100101101B=12DHl 降冪法：降冪法：用十進(jìn)制整數(shù)減去小于它的最大的X進(jìn)制權(quán)值，夠減該位記1，不夠減該位記0，剩余數(shù)重復(fù)以上操作，直到該數(shù)等于0為止.38例：19311000001B=C1H操作數(shù)19365111111權(quán)值1286432168421二進(jìn)制數(shù)110000018.1 數(shù)和數(shù)制數(shù)和數(shù)制(5/5)l十進(jìn)制小數(shù)小數(shù)轉(zhuǎn)換成(二 八 十六)進(jìn)制數(shù)l 乘乘X取整法：取整法：首先將十進(jìn)制數(shù)小數(shù)乘以X，得到小數(shù)部分并記錄整數(shù)部分；然后不斷地把小數(shù)乘以不斷地把小數(shù)乘以X并記錄整數(shù)部分并記錄整數(shù)部分，直到小數(shù)部分等于零或有效數(shù)字足夠多時(shí)為止. 則各次所得的整數(shù)部分，依次

30、由前到后順序排列即得到X進(jìn)制小數(shù).l 例1：0.6875=0.1011B0.BHl任意任意十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成(二 八 十六)進(jìn)制數(shù)l 先將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后再將他們組合起來.l 例2：301.6875=100101101.1011B=12D.BH398.2 二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算l 算術(shù)運(yùn)算l加法：縫二進(jìn)一，減法：借一作二.l 邏輯運(yùn)算l有與(AND)、或(OR)、異或(XOR)、非(NOT)四種.40例1： 10110101B+1111B=11000100B11000100B-100101B=10011111B1101B1011B=100011

31、11B100110B110B=110B 余10B例2： 10010111 AND 00111000 = 0001000010010111 OR 00111000 = 1011111110010111 XOR 00111000 = 10101111NOT 10010111 =011010008.3 無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)(1/3)l有兩種表示方法：常規(guī)二進(jìn)制數(shù)和二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù).l 常規(guī)二進(jìn)制數(shù)ln位字長全部用于表示無符號(hào)的數(shù)值，有8位(字節(jié))、16位(字)和32位(雙字)等.41二進(jìn)制數(shù)碼二進(jìn)制數(shù)碼無無符號(hào)符號(hào)十十進(jìn)制數(shù)進(jìn)制數(shù)原碼原碼反碼反碼補(bǔ)碼補(bǔ)碼000000000+0+00000

32、000011+1+1+1:01111111127+127+127+12710000000128-0-127-12810000001129-1-126-127:11111110254-126-1-211111111255-127-0-18.3 無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)(2/3)l 二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)l簡(jiǎn)稱BCD碼，它將1位十進(jìn)制的0-9分別用4位二進(jìn)制碼的組合來表示，并按位對(duì)任意十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼. l常用8421 BCD碼碼，8、4、2、1分別是4位二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)值.l例：75.4=(0111 0101.0100)BCD，(1000 0101.0101)BCD=85.542十進(jìn)制數(shù)0123

33、456789 BCD碼00000001001000110100010101100111100010018.3 無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)(3/3)lBCD碼有兩種基本格式：l壓縮(組合)式BCD碼：一個(gè)字節(jié)中存放兩位十進(jìn)制數(shù).l非壓縮(分離)式BCD碼：一個(gè)字節(jié)中的低4位存放一位十進(jìn)制數(shù)，高4位與數(shù)值無關(guān).lBCD碼的運(yùn)算及其十進(jìn)制調(diào)整lBCD碼加、減法運(yùn)算應(yīng)遵循“逢十進(jìn)一”和“借一當(dāng)十”的規(guī)則.l而計(jì)算機(jī)是按“逢十六進(jìn)一”和“借一當(dāng)十六”的原則運(yùn)算.l必須對(duì)運(yùn)算結(jié)果修正，以符合十進(jìn)制數(shù)運(yùn)算的進(jìn)/借位規(guī)則.l 十進(jìn)制加法調(diào)整l 兩個(gè)BCD數(shù)相加：本位和9、向高位進(jìn)位，本位+6.l 十進(jìn)制減法

34、調(diào)整l 兩個(gè)BCD數(shù)相減：本位差0、向高位借位，本位-6.438.4 有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)(1/4)l數(shù)學(xué)運(yùn)算中，乘、除以及各種函數(shù)運(yùn)算均可轉(zhuǎn)化為加、減運(yùn)算.lCPU中只有加法器，需引入有符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)來實(shí)現(xiàn)減法操作.l在計(jì)算機(jī)中，數(shù)值和符號(hào)位均用二進(jìn)制碼表示.l符號(hào)位規(guī)定在數(shù)的最高位，用“l(fā)”表示負(fù)數(shù)，“0”表示正數(shù).l 01100111(二進(jìn)制)真值為+103(十進(jìn)制)l 11100111(二進(jìn)制)真值為-103(十進(jìn)制)l有符號(hào)數(shù)表示方法：原碼、反碼和補(bǔ)碼.l 原碼原碼l規(guī)定：正數(shù)的符號(hào)位用“0”表示，負(fù)數(shù)的符號(hào)位用“1”表示，數(shù)值位用二進(jìn)制絕對(duì)值來表示.l 例：X1=103，X2=-103時(shí)，X1原=01100111B X2原=11100111Bl0的原碼有兩種表示形式：+0原=00000000B 或 -0原=10000000Bln位二進(jìn)制原碼所能表示的數(shù)值范圍為-(2n-1-1) +(2n-1-1).448.4 有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)(2/4)l 反碼反碼l規(guī)定：正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼表示為它的正數(shù)的原碼連符號(hào)位按位取反.l例：X1=103，X2=-103時(shí)，X1反=01100111 X2反=10011000l0的反碼有兩種表示形式：+0反=00000000B 或 -0反=111111