第1章微型計算機(jī)概述

提要：自20世紀(jì)70年代初大規(guī)模集成電路組成的微型計

算機(jī)問世以來，僅30多年，微型計算機(jī)的硬件和軟件系

統(tǒng)得到了飛速的發(fā)展，微型計算機(jī)在我國國民內(nèi)經(jīng)濟(jì)各

個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本章介紹微型計算機(jī)的發(fā)

展概況、微機(jī)系統(tǒng)的組成、微機(jī)的主要性能指標(biāo)

和采用的一些先進(jìn)技術(shù)。

、.〔第1章微型計算機(jī)概述

1.1微型計算機(jī)的發(fā)展概況

1.2微型計算機(jī)的基礎(chǔ)

1.3微型計算機(jī)系統(tǒng)

1.4微型計算機(jī)采用的先進(jìn)技術(shù)

第1章微型計算機(jī)概述

微型計算機(jī)的發(fā)展概況

J---------------------

1946年，美國誕生了世界第一臺電子計算機(jī)

“ENIAC一日ectronicNumericalIntegratorAndCalculator^

它

使用了18800個電子管和1500多個繼電器，重量達(dá)30噸，占地

150平方米，耗電150千瓦，每秒完成5000次加法運(yùn)算。

自從第一臺計算機(jī)誕隼，計算機(jī)經(jīng)歷了

電子管

晶體管，

中小規(guī)模集成電路5個時代

大規(guī)模集成電路,

超大規(guī)模集成電路

第1章微型計算機(jī)概述

微型計算機(jī)的發(fā)展概況

微處理器推出了四代產(chǎn)品：

4位、

8位I微處理器

16位

32位）

最有影響力的是IBMPC系列微機(jī)，其代表機(jī)型有：

IBMPC/XT（8位機(jī)），PC/AT（16位機(jī)）

<80386微機(jī)（32位機(jī)）

,80486微機(jī)（32位機(jī)）

、Pentium586（32位機(jī)）

第1章微型計算機(jī)概述

微型計算機(jī)的發(fā)展概況

■JI--------------------

微型計算機(jī)的硬件體系米用馮?諾依曼(JohnVonNeumann)

結(jié)構(gòu)。

r運(yùn)算器

控制器

微型計算機(jī)硬件J存儲器

輸入設(shè)備

〔輸出設(shè)備

一流水線技術(shù)

微型計算機(jī)采用的先進(jìn)技術(shù)-虛擬存儲器技術(shù)

I高速緩沖技術(shù)

第1章微型計算機(jī)概述

Xl.i微型計算機(jī)的發(fā)展概況

W------------------------------

1.L1微型計算機(jī)的發(fā)展

Intel處理引入最大時每個芯片上的通用寄數(shù)據(jù)總線最大外部可尋Caches

器時間鐘頻率晶體管數(shù)存器（位）址空間

（位）

Intel40041971444096(4)None

Intel800819718816KBNone

Intel808619788MHz2.9萬16161MBNone

Intel286198212.5MHz13.4萬161616MBNone

Intel386198520MHz27.5萬32324GBCache

DX

Processor

Intel486198925MHz120萬32324GBLl:8kB

DX

Processor

第1章微型計算機(jī)概述

:微型計算機(jī)的發(fā)展概況

Pentium199360MHz310萬32644GBLl:16kB

Processor

Pentium1995200MHz550萬326464GBLl:16kB

ProProcessorL2:256kB

or512kB

PentiumII1997266MHz700萬326464GBLl:32kB

ProcessorL2:256kB

or512kB

PentiumIII1999500MHz820萬326464GBLl:32kB

ProcessorL2:512kB

第1章微型計算機(jī)概述

1.1微型計算機(jī)的發(fā)展概況

1.L2計算機(jī)軟件的發(fā)展

程

序r機(jī)器語言:由多個1和o組成的二進(jìn)制代碼

設(shè)

計

￥匚編語用助記符代替二進(jìn)制碼。

語g：

言

局級語言：FORTRAN、BASIC、C/C++、Pascal

DOS操作系統(tǒng)(DOSl.O—DOS6.2)

軟件系統(tǒng)

MSWindows操作系統(tǒng)(Windows3.1Windows98

WindowsNT、Windows2000>WindowsXP)

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.1微型計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

1.2.1微型計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

微型計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)體系采用馮?諾依曼建

立的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。其主要特點(diǎn)是：微型計算機(jī)的

硬件由五大部分組成。

1.運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出

設(shè)備。

2.運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入/輸出設(shè)備

和總線。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

11.2.1微型計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

?AB

運(yùn)算器>DB

>CB

控制器

［一輸入設(shè)備

MPU存儲器I/O接口

I-^輸出設(shè)備

圖1-1微型計算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)框圖

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.1微型計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

■微處理器是微機(jī)的核心，由運(yùn)算器和控制器組

成，合稱微處理器（CPU）。

■運(yùn)算器用于對信息進(jìn)行處理和運(yùn)算；

■控制器根據(jù)程序的要求發(fā)出各種控制命令，協(xié)

調(diào)各部件之間的工作。

■存儲器的作用是存儲程序、數(shù)據(jù)和運(yùn)算的結(jié)果。

■輸入/輸出設(shè)備由多個I/O接口和外部設(shè)備組

成，用于微機(jī)與外部交換信息。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.1微型計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

■總線是一組導(dǎo)線，用于各部件之間的信息傳

輸。微機(jī)的各組成部件通過總線連接起來。

■數(shù)據(jù)總線(DB?DataBus)：用來傳送數(shù)據(jù)信

息、，由于數(shù)據(jù)信息可以在CPU和存儲器、I/O

設(shè)備之間相互傳送，故為雙向總線。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2」微型計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)______________

■喂址總線(AB-AddressBus)：

用于傳送CPU發(fā)出的地址信息，是單向總

線。微機(jī)中存儲單元和I/O設(shè)備都有地址，在

交換信息前，CPU先通過傳送地址信息找尋所

需交換信息存儲器和I/O設(shè)備，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)

總線進(jìn)行信息的交換。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.1微型計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

■控制總線(CB?ControlBus)：

用來傳送控制信號、時序信號和狀態(tài)信號。

由于有的信號由CPU發(fā)向存儲器和I/O設(shè)備，

有的信號由存儲器和I/O設(shè)備發(fā)向CPU,故控

制總線從整體上看是雙向的。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

，1.2.2微型計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

■I

■常用的計數(shù)制有：十進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)

制和二進(jìn)制。

■十進(jìn)制(D-decimal)

■十進(jìn)制數(shù)碼為0,1,2,3,4,5,6,7,8,

9共10個，權(quán)為10的累，逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十。

■例如：(245.25)10=

2X102+4x101+5X100+2X1CH+5X10-2

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

n1.2.2微型計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

Jr-----

■二進(jìn)制(B-binary)

■二進(jìn)制數(shù)碼為0和1,權(quán)為2的哥，逢二進(jìn)

一，借一當(dāng)二。

■例如：

■(11110101.01)2

■=1X27+1X26+1X25+1X24+0X23

■+1X22+0x2i+1x20+0x2-i+1X2々

■=(245.25)10

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1122微型計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

Jr-二

■八進(jìn)制(O-octal)

■八進(jìn)制數(shù)碼為0,1,2,3,4,5,6,7共8

個，權(quán)為8的哥，逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八。

■例如：

■(365.2)8=3X82+6X81+5X80+2X8-1

(245.25)10

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.2微型計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

■十六進(jìn)制(H-hexadecimal)

■十六進(jìn)制數(shù)碼為0,1,2,3,4,5,6,7,

8,9,A,B,C,D,E,F共16個，其中A,

B,C,D,E,F分別表示十進(jìn)制的10,11,

12,13,14,15；權(quán)為16的累，逢十六進(jìn)

一，借一當(dāng)十六。

例如：(F5.4)16=FX161+5X160+4X16-1

=(245.25)10

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

-L機(jī)器數(shù)與真值

■機(jī)器數(shù)：一般情況，在數(shù)的最高位之前增設(shè)

一位符號位，。表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)。這種符

號數(shù)碼化的數(shù)叫機(jī)器數(shù)。

-真值：機(jī)器數(shù)所代表的數(shù)的本身叫真值。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

-機(jī)器數(shù)具有如下的特點(diǎn)：

■(1)機(jī)器字長是有限的，字長可決定數(shù)的表

示范圍。

■(2)符號數(shù)值化，參與運(yùn)算。

■(3)小數(shù)點(diǎn)按約定方式標(biāo)出，而不是以專門

操作器件表示。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■2.原碼、反碼和補(bǔ)碼

■在計算機(jī)執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算時，用原碼實(shí)現(xiàn)乘、

除運(yùn)算，用補(bǔ)碼實(shí)現(xiàn)加、減運(yùn)算。

■(1)原碼表示法

■原碼表示法是一種最簡單的機(jī)器數(shù)表示法，

用最高位表示符號位，符號位為“0”表示該位

為正，符號位為T”表示該數(shù)為負(fù)，數(shù)值部分

就是原來的數(shù)值。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

-設(shè)定點(diǎn)數(shù)字長為n,原碼定義為:

rX0<X<2^-1

[X]原=1

>1-X2n-i〈XWO

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

11.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■例如:X=+1101001,[X]M=X=01101001

X=-1101001,[X]原=2n-i—X

(-1101001)

=10000000+1101001

=11101001

■在原碼表示中，真值。有兩種不同的表示形式：

■[+0]原=00000000

■[-0]原=10000000

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

-原碼表示法的特點(diǎn)：直觀易懂，機(jī)器數(shù)和真

值的相互轉(zhuǎn)換很容易。

■用原碼實(shí)現(xiàn)乘、除法的規(guī)則：

■當(dāng)兩個原碼數(shù)相乘或相除時，積或商的數(shù)值

部分和符號部分分別計算；

■積或商的數(shù)值部分為兩個原碼數(shù)值部分的乘

積或求商；

■積或商的符號位為兩個原碼數(shù)符號的“異或'

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

?例如:設(shè)[X]原=00000100,

求

[Y]m=10000010,XXY=?

解：積的數(shù)值=0000100X0000010=0001000

積的符號=0十1=1

貝ij：XXY=10001000

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■(2)反碼表不法

在反碼表示法中，正數(shù)的反碼就等于真值，

負(fù)數(shù)的反碼是把其原碼除符號位以外的各位

按位取反。

-設(shè)定點(diǎn)整數(shù)字長為n,反碼定義為：

rX0<X<2n-i

兇反=<

1(2n-l)+X-2"X<0

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■例如：X=+1101001,[X]^=X=01101001

X=-1101001,

兇反=(27)+X

=(28-1)+(-1101001)

=(100000000-1)+(-1101001)

=11111111-1101001

=10010110

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

或者：對于負(fù)數(shù)X=-1101001

其原碼［X］原=11101001

則反碼［X］反=10010110

在反碼表示中，真值。有兩種不同的表示形式:

［+0］反=00000000

［-0］反=11111111

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■(3)補(bǔ)碼表示法

設(shè)定點(diǎn)整數(shù)字長為n,補(bǔ)碼定義為:

「X0<X〈2n-1

[XX=Y

I2n+X-2n-KX<0

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

]]11.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示___________

■例如：X=+1101001,[X]補(bǔ)=X=01101001

X=-1101001,

兇補(bǔ)=2n+X

=28+(-1101001)

=100000000-1101001

=10010111

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

J.11.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■或者：對于負(fù)數(shù)X=-1101001

其原碼［X］原=1110100

反碼［X］反=10010110

補(bǔ)碼［X］補(bǔ)=［X］反+1=10010110+1

=10010111

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

■L2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示_________________

Jr-----

■在補(bǔ)碼表示中，真值0的表示形式是唯一的：

［+0］補(bǔ)=［-0］補(bǔ)=00000000

［兇補(bǔ)］補(bǔ)=兇原

■補(bǔ)碼表示法的特點(diǎn)：使符號位參加運(yùn)算，從而

簡化了加、減法的規(guī)則，使減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加

法運(yùn)算，簡化可運(yùn)算電路。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

補(bǔ)碼加、減法的規(guī)則是：［X+刈補(bǔ)=兇補(bǔ)+［Y］補(bǔ)

［X-Y］補(bǔ)=［X］補(bǔ)+［-Y］補(bǔ)

-已知［Y］補(bǔ)，如何求［-Y］補(bǔ)?

-如果已知［Y］補(bǔ)，那么對［Y］補(bǔ)的每一位（包括符

號位）都按位求反，然后再在末位加1,結(jié)果

即為［-Y］補(bǔ)。已知為］補(bǔ)求［-Y］補(bǔ)的過程叫變補(bǔ)。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

?喝如:設(shè)［X］補(bǔ)=00000100,

［Y］tt=11110010,求：［X+Y］補(bǔ)和［X-丫］補(bǔ)

■解：［X+Y］補(bǔ)=［X］補(bǔ)+［Y］補(bǔ)

=00000100+11110010

二11110110（-10的補(bǔ)碼）

［X-Y］補(bǔ)=兇補(bǔ)+［-Y］補(bǔ)

=00000100+（00001101+1）

=00010010+00001110

=00010010（18的補(bǔ)碼）

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■3.有符號數(shù)與無符號數(shù)

(1)無符號數(shù)：通常表示一個數(shù)的絕對值，

即數(shù)的各位都用來表示數(shù)值的大小。對于一

個8位二進(jìn)制數(shù)，只能表示0?255范圍內(nèi)的數(shù)。

因此」要表示大于255的數(shù)，必須采用多字節(jié)

來表示。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■單字節(jié)（表示的范圍。?255）

數(shù)值位

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

11.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

多字節(jié):

7654321076543210

數(shù)值位

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■（2）有符號數(shù)：用來表示一個任意位長的正

數(shù)或負(fù)數(shù)。一般是，用一個數(shù)的最高位表示

符號位,用“0”表示正號,用T”表示負(fù)號，而

其余的位為數(shù)值位。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■單字節(jié)（表示的范圍?128?+127）

符號位數(shù)值位

第i章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■多字節(jié)

7654321076543210

數(shù)值位

符號位

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

4,定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)

■在計算機(jī)中，對小數(shù)點(diǎn)的處理有兩種：定點(diǎn)

數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)。

■(1)定點(diǎn)數(shù)：是指小數(shù)點(diǎn)的位置固定不

變，常用的定點(diǎn)數(shù)有下列兩種。

小數(shù)點(diǎn)固定在符號位之后，如1.1010111；機(jī)器中

所有數(shù)均為小數(shù)。

小數(shù)點(diǎn)固定在最低位之后，如11010111.；機(jī)器中所

有數(shù)均為整數(shù)。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

（2）浮點(diǎn)數(shù)

浮點(diǎn)數(shù)畝階碼和尾數(shù)兩部分組成。對任意一

個帶符號的二進(jìn)制數(shù)N的一般形式可表示為：

N=±SX2士〕

S：二進(jìn)制小數(shù)，稱為尾數(shù)（尾數(shù)的符號位

包括在內(nèi)）；

J：數(shù)的階碼，為二進(jìn)制整數(shù)（階碼的符號位

包括在內(nèi)）

2：階碼的底。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■例如:一個浮點(diǎn)數(shù)-0.101011010X2-0001。的

表示格式如下。

1514131211109876543210

1000101101011010

階碼尾數(shù)

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

■|1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示_________________

--------------------

-(3)規(guī)格化數(shù)與“溢出”

-為了提高浮點(diǎn)數(shù)的表示精度，數(shù)采用規(guī)格化表

示法。

■規(guī)格化數(shù)：如果尾數(shù)的第一位有效數(shù)字是1

(不包括符號位)時，該數(shù)既是規(guī)格化數(shù)。

■例如：1.1010111,0.1010001,0.1000000

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

-非規(guī)格化數(shù)：當(dāng)尾數(shù)的第一位有效數(shù)字是0

（不包括符號位），時，該數(shù)是非規(guī)格化數(shù)。

■例如：1.0100000,1.0111111,0.0111111

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■溢出：當(dāng)兩個有符號數(shù)進(jìn)行補(bǔ)碼運(yùn)算，若運(yùn)算

結(jié)果的絕對值超過運(yùn)算裝置的容量時，數(shù)值部

分就會發(fā)生溢出，占據(jù)符號位的位置，導(dǎo)致錯

誤的結(jié)果，這種現(xiàn)象通常成為補(bǔ)碼溢出，簡稱

“溢出”。這和正常運(yùn)算符號位的進(jìn)位自動丟失

性質(zhì)上是不同的。例如：某運(yùn)算裝置共有5

位，除最高位表示符號位外，還有4位用來表

示數(shù)值。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

數(shù)在計算機(jī)中的表示

J--1-.2-.3--------

-先看下面兩組運(yùn)算。

■(1)計算13+7=?

+130i1101B

+)+___L+)0J0、1、1、1B

+201：0~~1~~00B=-12

十進(jìn)制運(yùn)算二進(jìn)制補(bǔ)碼運(yùn)算

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■(2)計算(-4)+(-4)=?

-41i1100B

+)-4+)、1、|1、100B

1▲~~FTl~~000B=-8

符號位的進(jìn)位自動丟掉

十進(jìn)制運(yùn)算二進(jìn)制補(bǔ)碼運(yùn)算

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

-(1)的運(yùn)算結(jié)果顯然是錯的，產(chǎn)生錯誤的原

因是由于兩個數(shù)相加后的數(shù)值超出了加法裝置

所允許位數(shù)(數(shù)值部分4位)，因而從數(shù)值的

最高位向符號位產(chǎn)生了進(jìn)位，或者說這種現(xiàn)象

是由于“溢出”而造成的。

■(2)的結(jié)果顯然是正確的，由符號位產(chǎn)生的

進(jìn)位自動丟失

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■為了保證運(yùn)算結(jié)果的正確性，計算機(jī)必須能夠判別出

是正常進(jìn)位還是發(fā)生了溢出錯誤。

■微機(jī)中常用的溢出判別稱為雙高位判別法，并常用

“異或'電路來實(shí)現(xiàn)溢出判別。其表達(dá)式為：

■Cs十Cp=1表示發(fā)生溢出

■式中：

■Cs—最高位（符號位）產(chǎn)生進(jìn)位的情況。

■Cs=1,有進(jìn)位；Cs=0,無進(jìn)位。

■Cp——次高位（數(shù)值部分最高位）向符號位產(chǎn)生進(jìn)

位的情就。CP=1,有迸位；CP=0,無進(jìn)位。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■由表達(dá)式可知：

■1）當(dāng)運(yùn)算結(jié)果中，Cs和Cp狀態(tài)不同時（為01或10）

時，產(chǎn)生溢出；

■2）當(dāng)運(yùn)算結(jié)果中，Cs和Cp狀態(tài)相同（為0十0或

1十1）時，不產(chǎn)生溢出。

在發(fā)現(xiàn)溢出時，Cs十Cp=01為正溢出（上溢出），

通常出現(xiàn)在兩個正數(shù)相加時；Cs十Cp=10為負(fù)溢出

（下溢出），通常出現(xiàn)在兩個負(fù)數(shù)相加時。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■考察上面的兩例。例(1)中，Cs十CP=O十1=1,有

溢出，為正溢出。例(2)中，Cs十CP=1十1=0,

無溢出，從而可知：一個正數(shù)和一個負(fù)數(shù)相加，和肯

定不溢出。下面舉例說明溢出判別。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■例1

01000000B（+6鈉補(bǔ)碼）

+）0、1000001B（+6的補(bǔ)碼）

1000000~~1~~1~~（-12的補(bǔ)碼）

■由于Cs十CP=0十1=1產(chǎn)生了溢出，并且是正

溢出，導(dǎo)致運(yùn)算結(jié)果出錯（兩個正數(shù)相加得到

負(fù)數(shù)的結(jié)果）。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

>-1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■例2.

10010010B（T10的補(bǔ)碼）

+）>10100100B（-9%勺補(bǔ)碼）

1~~~~1~~1~~0~~1~~1~~

■由于Cs十CP=1十0=1,產(chǎn)生了溢出，并且是

負(fù)溢出，結(jié)果出錯

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.3數(shù)在計算機(jī)中的表示

■例3.

10001011B（T17的補(bǔ)碼）

+）、0、1、1、1、10、0、1B（+121的補(bǔ)碼）

100000100B（+的補(bǔ)碼）

■一個負(fù)數(shù)和一個正數(shù)相加，結(jié)果不溢出。

■Cs十Cp=1十1=0

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.4數(shù)的編碼方法

L2.4數(shù)的編碼方法

-計算機(jī)采用的是二進(jìn)制數(shù)。在計算機(jī)中表示

的數(shù)、字母、符號等都以特定的二進(jìn)制碼來

表示，也就是二進(jìn)制編碼。

■二進(jìn)制編碼就是以若干位二進(jìn)制數(shù)的不同組

合來表示一組數(shù)、字母及符號的方法。

■1.BCD(BinaryCodedDecimal)碼是以

4位二進(jìn)制編碼的不同組合來表示十進(jìn)制數(shù)

0?9o

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.4數(shù)的編碼方法

■在計算機(jī)中較常用的是8421BCD碼。這種

BCD碼用四位二進(jìn)制數(shù)表示十進(jìn)制數(shù)的數(shù)碼

0?9,而這四位的權(quán)從高位到低位依次為8、

4、2、lo

■例如：(208)10=(001000001000)842IBCD

■(1001000101110101)842IBCD=(9175)10

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

1.2.4數(shù)的編碼方法

■2.ASCII碼

■目前，在微機(jī)、通訊設(shè)備和儀器儀表中廣泛采用的是

美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼ASCIICAmericanStandard

CodeforInformationInterchanged碼。它用7位二

進(jìn)制碼表示一個字母或符號，共能表示27=128個不

同的字符。其中包括數(shù)字0?9共10個數(shù)字，英文26

個大寫字母，26個小寫字母，32個通用控制符號和

34個專用字符。

第1章微型計算機(jī)概述

1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)

]124數(shù)的編碼方法_____________________

-------------------------------

■常用的ASCII編碼：

.數(shù)字0?9的ASCII編碼為30H?39H；

■大寫字母A?Z的ASCII編碼為41H?5AH；

■小寫字母a?z的ASCII編碼為61H?7AH；

?回車符CR的ASCII編碼為0DH；

■換行符LF的ASCH編碼為0AH；

■換頁符FF的ASCII編碼為0CH。

第1章微型計算機(jī)概述

1.3微型計算機(jī)系統(tǒng)

1.3.1微機(jī)系統(tǒng)的硬件

■1.3微機(jī)計算機(jī)系統(tǒng)

1.3.1微機(jī)系統(tǒng)的硬件

「臺式

微型

計算機(jī)Y

便攜式

「主機(jī)

外設(shè)接口卡

硬件［輸入/輸出設(shè)備

〔電源

第1章微型計算機(jī)概述

1.3微型計算機(jī)系統(tǒng)

11.3.1微機(jī)系統(tǒng)的硬件

■1.主機(jī)

「機(jī)箱

主機(jī)彳主板(MotherBoard)

，接口電路(Interface)

第1章微型計算機(jī)概述

1.3微型計算機(jī)系統(tǒng)

1.3.1微機(jī)系統(tǒng)的硬件

2,外設(shè)接口卡

「顯示接口卡

聲卡

外設(shè)接口卡j解壓卡

調(diào)制解調(diào)卡

〔傳真卡

第1章微型計算機(jī)概述

1.3微型計算機(jī)系統(tǒng)

1.3.1微機(jī)系統(tǒng)的硬件

3,輸入輸出設(shè)備

r鍵盤

顯示器

打印機(jī)

輸入輸出設(shè)備j鼠標(biāo)

調(diào)制解調(diào)器

.網(wǎng)卡

掃描儀

第1章微型計算機(jī)概述

1.3微型計算機(jī)系統(tǒng)

微機(jī)系統(tǒng)的硬件

1B1.3.1

-二

4.電源

微型計算機(jī)的電源為220V交流電。

內(nèi)部將220V電壓轉(zhuǎn)換成±5V、±12V四種DC電

壓。

微型計算機(jī)的電源臺式機(jī)功率為150?

220W；立式機(jī)功率為220?400W。

第1章微型計算機(jī)概述

1.3微型計算機(jī)系統(tǒng)

1.3.2微機(jī)系統(tǒng)的軟件

■1.3.2微機(jī)系統(tǒng)的軟件

-微機(jī)系統(tǒng)中的軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件

兩大類。

■系統(tǒng)軟件指使用和管理計算機(jī)的各種軟件。

操作系統(tǒng)

各種高級語言處理程序

基本系統(tǒng)軟件1編譯系統(tǒng)

各種服務(wù)程序

數(shù)據(jù)庫管理程序

第1章微型計算機(jī)概述

1.3微型計算機(jī)系統(tǒng)

1.3.3微機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)

1.3.3微機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)

存儲器容量

性能指標(biāo)《運(yùn)算速度

擴(kuò)展能力

I軟件配置情況

第1章微型計算機(jī)概述

1.3微型計算機(jī)系統(tǒng)

1.3.3微機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)

■1,字長

■字長指計算機(jī)內(nèi)部一次可以處理的二進(jìn)制的

位數(shù)。字長越長，計算機(jī)所能表示的數(shù)據(jù)精

度越高，在完成同樣精度的運(yùn)算時數(shù)據(jù)的處

理速度越高。

■PC/XT微機(jī)的字長為16位；

■386、486微機(jī)的字長為32位；

?586微機(jī)的字長為32位或64位。

第1章微型計算機(jī)概述

1.3微型計算機(jī)系統(tǒng)

1.3.3微機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)

■2,存儲器容量

■存儲器容量是衡量計算機(jī)存儲二進(jìn)制信息量

大小的一個重要指標(biāo)。微型計算機(jī)中通常以

一字節(jié)為單位表示存儲容量。

■2io=lO24B=lKB

■220=1O24KB=1MB

■230=1O24MB=1GB

■240=1O24GB=1TB

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1.3微型計算機(jī)系統(tǒng)

1.3.3微機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)

■3,運(yùn)算速度

■計算機(jī)的運(yùn)算速度以每秒鐘能執(zhí)行的指令條

數(shù)來表示。

■MIPS（MillionsofInstructionsperSecond

百萬條指令/秒）法

■最短指令法

■直接計算

第1章微型計算機(jī)概述

1.3微型計算機(jī)系統(tǒng)

1.3.3微機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)

■4,擴(kuò)展能力

■主要指計算機(jī)系統(tǒng)配置各種外設(shè)的可能性和適

應(yīng)性。

■5.軟件配置情況

■軟件是計算機(jī)系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。

一臺計算機(jī)軟件是否配置齊全，是關(guān)系到計算

機(jī)性能的重要指標(biāo)。

第1章微型計算機(jī)概述

1.4微機(jī)系統(tǒng)采用的先進(jìn)技術(shù)

1.4.1流水線技術(shù)

■1.4.1流水線技術(shù)

■指令流水線(InstructionPipelining)技術(shù)是一種

將每條指令分解為多步，并使不同指令的各步重疊操

作，以實(shí)現(xiàn)幾條指令并行操作，加速程序執(zhí)行速度的

一種技術(shù)。

■流水線的實(shí)現(xiàn)是通過增加計算機(jī)硬件來實(shí)現(xiàn)的。通常

一條指令的執(zhí)行分為預(yù)取指令、譯碼、地址生成、取

操作數(shù)、指令執(zhí)行等多個步驟，每個步驟都需要有相

應(yīng)的硬件電路在支持。才能實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè)。

第1章微型計算機(jī)概述

1.4微機(jī)系統(tǒng)采用的先進(jìn)技術(shù)

1.4.2高速緩沖存儲器技術(shù)

1.4.2高速緩沖存儲器技術(shù)

■在80386以后的微型機(jī)中，為了加快運(yùn)算速

度，都增設(shè)；一級或二級的高速小容量存

儲器，稱之為高速緩沖存儲器。高速緩沖存

儲器的存取速度比微機(jī)中的主存儲器要快一

個數(shù)量級，大體和CPU的處理速度相當(dāng)。

第1章微型計算機(jī)概述

1.4微機(jī)系統(tǒng)采用的先進(jìn)技術(shù)

1.4.2高速緩沖存儲器技術(shù)

■對Cache的工作原理可以進(jìn)行如下描述：具有

Cache的計算機(jī)，當(dāng)CPU需要進(jìn)行存儲器存取

時，首先檢查所需數(shù)據(jù)是否在Cache中。如果

存在，則可以直接存取其中的數(shù)據(jù)而不必插入

任何等待狀態(tài)，這是最佳情況，稱為高速命口。

當(dāng)CPU所需信息不在Cache中時，則需切換存

取主儲器，由于速度較慢，需要插入等待狀

態(tài)，這種情況稱高速未命「：。

第1章微型計算機(jī)概述

1.4微機(jī)系統(tǒng)采用的先進(jìn)技術(shù)

1.4.2高速緩沖存儲器技術(shù)

在CPU存取主存儲器的時候，按照最優(yōu)化

原則將存儲信息同時寫入到Cache中，以保證

下次可能的高速命中。因此，同一數(shù)據(jù)可能同

時存儲在主存儲器和Cache中；同樣，按照優(yōu)

化算法，可以淘汰Cache中的一些不常使用的

數(shù)據(jù)。

第1章微型計算機(jī)概述

1.4微機(jī)系統(tǒng)采用的先進(jìn)技術(shù)

1.4.2高速緩沖存儲器技術(shù)

所以，提高高速命中率的最好方法是盡量使

Cache存放CPU最近一直在使用的指令與數(shù)據(jù)，當(dāng)

Cache裝滿后，可將相對長期不用的數(shù)據(jù)刪除，提高

Cache的使用效率。為保持Cache中數(shù)據(jù)與主存儲

器中數(shù)據(jù)的一致性，避免CPU在讀寫過程中，將

Cache中的新數(shù)據(jù)遺失，造成錯誤的讀數(shù)據(jù)，確保

Cache中更新過程的數(shù)據(jù)不會因覆蓋而消失，必須將

Cache中的數(shù)據(jù)更新及時準(zhǔn)確地反映到主存儲器中，

這是一個寫入過程，通常采用的處理方法有：直寫式、

緩沖直寫式與回寫式三種。

第1章微型計算機(jī)概述

1.4微機(jī)系統(tǒng)采用的先進(jìn)技術(shù)

1.4.2高速緩沖存儲器技術(shù)

■1.直寫式系統(tǒng)：CPU對Cache寫入時，將數(shù)

據(jù)同時寫入到主存儲器中，這樣可保證Cache

中的內(nèi)容與主存儲器的內(nèi)容完全一致。這種方

式比較直觀，而且簡單、可靠，但由于每次對

Cache更新時都要對主存儲器進(jìn)行寫操作，而

這必須通過系統(tǒng)總線來完成，因此總線工作頻

繁，系統(tǒng)運(yùn)行速度就會受到影響。

第1章微型計算機(jī)概述

1.4微機(jī)系統(tǒng)采用的先進(jìn)技術(shù)

1.4.2高速緩沖存儲器技術(shù)

■2.緩沖直寫式系統(tǒng)：為解決直寫式系統(tǒng)對總線速度

的影響問題，在主存儲器的數(shù)據(jù)寫入時增加緩沖器區(qū)。

當(dāng)要寫入主存儲器的數(shù)據(jù)被緩沖器鎖存后，CPU便

可執(zhí)行下一個周期的操作，不必等待數(shù)據(jù)寫入主存儲

器。這相對于給主存儲器增加了一個單向單次高速

緩存。比如，在寫入周期之后可以緊接著一個數(shù)據(jù)已

存在于Cache中的讀取周期，這樣就可避免直寫式系

統(tǒng)造成的操作延時。但這個緩沖器只能存儲一次寫入

的數(shù)據(jù)，當(dāng)連續(xù)兩次寫操作發(fā)生時，CPU仍需等待。

第1章微型計算機(jī)概述

1.4微機(jī)系統(tǒng)采用的先進(jìn)技術(shù)

1.4.2高速緩沖存儲器技術(shù)

■3.回寫式系統(tǒng)：以前的兩種寫入方式系統(tǒng)，

都是在寫Cache的同時，對主存儲器進(jìn)行寫操

作。實(shí)際上這不僅是對總線帶寬的占用，浪費(fèi)

了寶貴的執(zhí)行時間，而且對于有的情況是不必

要的，可以通過增加額外的標(biāo)準(zhǔn)來判斷是否有

必要更新數(shù)據(jù)。回寫式系統(tǒng)就是通過在Cache

中的每一數(shù)據(jù)塊的標(biāo)志字段中加入一更新位，

解決主存儲器不必要的寫操作。

第1章微型計算機(jī)概述

1.4微機(jī)系統(tǒng)采用的先進(jìn)技術(shù)

1.4.2高速緩沖存儲器技術(shù)

比如，若Cache中的數(shù)據(jù)曾被CPU更新過但還

未同時更新主存儲器，則該更新位被置1。每

次CPU將一塊新內(nèi)容寫入Cache時，首先，檢

查Cache中該數(shù)據(jù)塊的更新位，若更新位為

0,則將數(shù)據(jù)直接寫入Cache；反之，若更新位

為1,則先將Cache中的該項內(nèi)容寫入到主存

儲器中相應(yīng)的位置，再將新數(shù)據(jù)寫回到Cache

中。

第1章微型計算機(jī)概述

1.4微機(jī)系統(tǒng)采用的先進(jìn)技術(shù)

1.4.2高速緩沖存儲器技術(shù)

與直寫式系統(tǒng)相比,回寫式系統(tǒng)可省下一

些不必要的立即回寫操作，而在許多情況下這

是很頻繁出現(xiàn)的。即使一個Cache被更新，若

未被新的數(shù)據(jù)所取代，則沒有必要立刻進(jìn)行主

存儲器的寫操作。也就是說，實(shí)際寫入主存儲

器的次數(shù)，可能少于CPU實(shí)際所執(zhí)行的寫入周

期的次數(shù)，但回寫式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，

Cache也必須用額外的容量用來存彳諸標(biāo)志。

由于回寫系統(tǒng)的高效率，現(xiàn)代的Cache大

多采取這種方式進(jìn)行操作。

第1章微型計算機(jī)概述

1.4微機(jī)系統(tǒng)采用的先進(jìn)技術(shù)

L1A3虛擬存儲器技術(shù)

■1.4.3虛擬存儲器技術(shù)

■虛擬存儲技術(shù)是在內(nèi)存儲器和外存儲器之間增加一定

的硬件和軟件支持，使內(nèi)存和外存形成一個有機(jī)的整

體。

■計算機(jī)在操作時，將程序預(yù)先存放在外存儲器中，有

系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理和調(diào)度，按照某種置換酸

法將外存的內(nèi)容依次調(diào)入內(nèi)存中被CPU執(zhí)行。這樣，

對使用者來說，從CPU看到的是一個速度接近內(nèi)存而

容量卻與外存相當(dāng)?shù)募傧蟠鎯ζ鳎Q為虛擬存儲器。

第1章微型計算機(jī)概述

1.4微機(jī)系統(tǒng)采用的先進(jìn)技術(shù)

11.4.3虛擬存儲器技術(shù)

/CPU\

/寄存器'

高速緩存

主存儲器

輔助存儲器

大容量輔助存儲器

第1章微型計算機(jī)概述

1.4微機(jī)系統(tǒng)采用的先進(jìn)技術(shù)

1.4.2RISC技術(shù)

1.4.4RISC(ReducedInstruction

Computing)精簡指令技術(shù)

精簡指令集技術(shù)簡稱RISC。起主導(dǎo)思想是

精簡CPU芯片中指令的數(shù)目，簡化芯片的復(fù)

雜程度，使指令的執(zhí)行速度更快

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