信息處理技術(shù)員教程

1、如有幫助，歡迎下載支持!信息處理技術(shù)員教程第1章計算機硬件基礎(chǔ)計算機硬件基礎(chǔ)知識歷來都是信息處理技術(shù)員考試的一個重點。從歷年考題分?jǐn)?shù)的分布來看，每年的分值都在 10分左右。主要涉及到數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)運算、主板的結(jié)構(gòu)、CPU的組成、存儲器以及常用 I/O設(shè)備等。本章在考綱中涉及到的考點如下：(1)數(shù)據(jù)運算。掌握各種進(jìn)制之間互相轉(zhuǎn)換，掌握常用的邏輯運算，掌握補碼表示法 進(jìn)行加減運算。(2)數(shù)據(jù)表示。掌握帶符號定點數(shù)的原碼、反碼及補碼表示法，理解浮點數(shù)的表示方 法，理解常用的二/十進(jìn)制編碼，理解 ASCII碼表示原理，掌握漢字編碼原理。(3)主板的結(jié)構(gòu)。了解主板上的主要電子組件、插座和接口的名稱、類型

2、、位置和基 本特性。(4) CPU的組成。了解馮.諾依曼計算機的特點，掌握 CPU的基本構(gòu)成及各部分的功 能，理解指令在 CPU中的執(zhí)行過程。(5)存儲器。了解存儲器的分類方法，理解 "Cache-主存-輔存”三級存儲系統(tǒng)的原理， 了解主存儲器基本構(gòu)成，掌握存儲器主要指標(biāo)的計算，了解常用 RAID系統(tǒng)的功能。(6)常用I/O設(shè)備。了解常用的I/O設(shè)備分類，重點掌握顯示器、打印機、硬盤、鼠 標(biāo)的原理、構(gòu)成、分類、性能標(biāo)準(zhǔn)等。1.1計算機是一種能自動、 高速、正確地完成數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理和實施控制等功能的電子如有幫助，歡迎下載支持!設(shè)備。它能接收輸入的數(shù)字信息，按照內(nèi)部存儲的指令序列去處

3、理，并將產(chǎn)生的結(jié)果輸出。1946年2月，世界上第一臺計算機 ENIAC誕生在美國，經(jīng)過 60多年的發(fā)展，計算機的運 算能力、外形結(jié)構(gòu)及應(yīng)用領(lǐng)域等都發(fā)生了極大的變化。計算機是20世紀(jì)人類最重要的科學(xué)技術(shù)發(fā)明之一，它的誕生、發(fā)展和應(yīng)用徹底改變了人類社會的生產(chǎn)和生活方式。1.1.1一個完整的計算機系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，如圖 1-1所示。圖1-1 計算機系統(tǒng)組成1.馮諾依曼計算機的特點60多年來，盡管計算機性能發(fā)生了翻天覆地的變化，但是其基本體系結(jié)構(gòu)和工作原理并沒有太大的改變，仍然遵循馮諾依曼 1946年6月在關(guān)于電子計算裝置邏輯結(jié)構(gòu)初探 報告中提出的設(shè)計思路。主要內(nèi)容如下。(1)計算機(指硬

4、件)由運算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本部 件組成。(2)計算機內(nèi)部采用二進(jìn)制數(shù)來表示程序和數(shù)據(jù)。(3)將編寫好的程序和原始數(shù)據(jù)預(yù)先存入存儲器中，然后再啟動計算機工作，使計算 機在不需要人工干預(yù)的情況下，自動、高速地從存儲器中提取指令并執(zhí)行，這就是存儲程序的原理。按照上述思路設(shè)計的計算機稱為馮諾依曼計算機，隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，也暴露出這種計算機的一些缺點，目前已出現(xiàn)了一些突破馮諾依曼結(jié)構(gòu)的計算機，統(tǒng)稱為非馮諾如有幫助，歡迎下載支持!依曼結(jié)構(gòu)計算機，如數(shù)據(jù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)流計算機、需求驅(qū)動的歸約計算機和模式匹配驅(qū)動的智 能計算機等。2.計算機的硬件系統(tǒng)組成計算機的基本部件有運算器

5、、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，它們通過總 線互聯(lián)，就構(gòu)成了計算機的硬件系統(tǒng)，如圖 1-2所示。圖1-2 計算機硬件系統(tǒng)中央處理器（CPU）是運算器和控制器的合稱，它是硬件系統(tǒng)的核心。存儲器包括主存 儲器和輔助存儲器。其中，主存儲器與CPU稱為主機，輔助存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備稱為外部設(shè)備。外部設(shè)備種類繁多，它們通過適配器（轉(zhuǎn)換器）與主機相連接。（1） CPU （中央處理器）。主要工作是執(zhí)行指令，按照指令的要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行運算和 處理，這部分工作由運算器和控制器分工合作完成。運算器由算術(shù)邏輯部件 （ALU）、寄存器組以及一些控制電路組成。其中ALU是主要部件，它的核心是加法器， 任何運算

6、都可以轉(zhuǎn)化為加法運算，寄存器組保存參與運算的數(shù)據(jù)及結(jié)果?？刂破髫?fù)責(zé)對指令進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生一系列控制信號，指揮和協(xié)調(diào)計算機的各個部件有序 工作。它一般包括下述部件。指令寄存器IR.存放正在執(zhí)行的指令，以便在整個指令執(zhí)行過程中，實現(xiàn)一條指令的全部功能控制。指令譯碼器ID.又稱操作碼譯碼器，它對指令寄存器IR中的指令進(jìn)行分析，確定指令如有幫助，歡迎下載支持!類型、指令所要完成的操作以及尋址方式等，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號提供給微操作信號發(fā)生器。程序計數(shù)器 PC.又稱指令計數(shù)器或指令指針(IP),在某些類型的計算機中用來存放 正在執(zhí)行的指令地址。在大多數(shù)機器中則存放將要執(zhí)行的下一條指令的地址。微操作信號發(fā)生

7、器。它根據(jù)指令譯碼器ID產(chǎn)生的操作信號、時序電路產(chǎn)生的時序信號，以及各個功能部件反饋的狀態(tài)信號等，產(chǎn)生執(zhí)行指令所需的全部微操作控制信號，形成特定的微操作序列，從而實現(xiàn)對指令的執(zhí)行控制。(2)主存儲器。簡稱主存，用于存放當(dāng)前執(zhí)行的程序和需要使用的數(shù)據(jù)，存取速度快，CPU可直接訪問。其基本結(jié)構(gòu)如圖1-3所示，主要包括下述基本部件。圖1-3 主存儲器結(jié)構(gòu)示意圖存儲體。是指存放信息的實體，由若干存儲單元組成，每個存儲單元存放一串二進(jìn)制 數(shù)。存儲單元的編號稱為存儲地址，簡稱地址。地址寄存器。接收并保存CPU發(fā)送的內(nèi)存地址。地址譯碼器。將地址寄存器中的地址轉(zhuǎn)換為使對應(yīng)單元被選中的信號。數(shù)據(jù)緩沖寄存器。位于

8、 CPU和存儲器之間，暫存存儲器中準(zhǔn)備讀寫的數(shù)據(jù)。讀寫控制電路。接收 CPU送來的讀/寫命令，并把這些命令轉(zhuǎn)換為控制整個存儲器協(xié) 調(diào)工作的時序信號。(3)外存儲器。也稱輔助存儲器，其特點是存儲容量大、成本低，可脫機保存信息， 但CPU不可以直接訪問。常見的外存儲器包括軟盤存儲器、硬盤存儲器、光盤存儲器、移如有幫助，歡迎下載支持!動硬盤以及U盤等。(4)高速緩沖存儲器。簡稱 Cache,它是位于CPU和主存儲器之間，規(guī)模較小但速度 很高的存儲器，用于保存主存儲器中一部分內(nèi)容的拷貝。當(dāng)主機讀寫數(shù)據(jù)時，首先訪問Cache,只有在Cache中不含所需數(shù)據(jù)時，CPU才會訪問主存，從而很好地解決了 CPU

9、和主存之 間的速度匹配問題。(5)外部設(shè)備。也稱外圍設(shè)備，主要包括輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。常用外部設(shè)備包括鍵 盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機、繪圖儀及掃描儀等。外部設(shè)備與CPU、主存等設(shè)備不同，有其自身特點種類繁多，速度遠(yuǎn)低于CPU,數(shù)據(jù)形式多種多樣，所以不能和主機直接相連。 連接時除其本身的控制驅(qū)動電路外， 還需要接口電 路(適配器)。(6)總線。是連接計算機中各部件的數(shù)據(jù)通路，實現(xiàn)各部件之間的信息交流，其主要特征是共享傳輸介質(zhì)。如圖1-4所示，總線通常包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，不同總線的根數(shù)各不相同，每根線能夠傳送一位二進(jìn)制數(shù)。圖1-4 總線結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)總線是系統(tǒng)中各模塊傳遞數(shù)據(jù)的通道，典型的

10、數(shù)據(jù)總線包含8、16、32、64根線。線的根數(shù)稱為數(shù)據(jù)總線的寬度，它反映了處理器的數(shù)據(jù)吞吐量。地址總線用于指明數(shù)據(jù)傳送的源地址和目的地址，其寬度決定了系統(tǒng)能夠擁有的最大主存空間。除了訪問主存，地址線一般也訪問I/O端口?？刂瓶偩€用于控制數(shù)據(jù)傳送的方式、方向以及定時或應(yīng)答等，其線的數(shù)目取決于總線的 類型及具體的機器配置。如有幫助，歡迎下載支持!3.計算機的軟件系統(tǒng)包才PC機運行所需要的各種程序、數(shù)據(jù)及其有關(guān)的文檔資料。程序是完成某一任務(wù)的 指令或語句的有序集合。數(shù)據(jù)是程序處理的對象及結(jié)果。文檔是描述程序操作及使用的相關(guān) 資料。主要包括下述兩大類。(1)系統(tǒng)軟件。是使用和管理計算機系統(tǒng)的各種程序，

11、包括操作系統(tǒng)、各種服務(wù)性程 序、語言處理程序和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。(2)應(yīng)用軟件。是計算機用戶為了解決各種實際應(yīng)用問題而編制的程序，如：自動控 制程序、科學(xué)計算程序和管理信息系統(tǒng)等。1.1.2計算機雖然只有僅僅 60多年的歷史，但已被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科研、 教育、商業(yè)、醫(yī)療及日常生活的各個領(lǐng)域。其應(yīng)用可簡要歸納為以下幾個方面。(1)科學(xué)計算。是計算機應(yīng)用最早的一個領(lǐng)域，也是應(yīng)用最廣的一個領(lǐng)域。在這些領(lǐng) 域中，問題往往極其復(fù)雜，計算量相當(dāng)龐大，時間要求又很高。如果沒有計算機的快速和精確計算能力，解決這些問題幾乎不可能。(2)自動控制。主要應(yīng)用于國防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)

12、域，據(jù)統(tǒng)計， 目前國內(nèi)外大約20%的微機用于該領(lǐng)域。(3)信息處理。主要指處理大量文字、圖像、聲音等非數(shù)值信息，其處理范圍隨著計算機的發(fā)展也逐漸擴大。 計算機在這方面的應(yīng)用， 不僅節(jié)省了大量的人力物力，在某些方面還為科學(xué)決策提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。如有幫助，歡迎下載支持!(4)輔助設(shè)計和輔助制造。簡稱為 CAD/CAM,它是借助計算機進(jìn)行自動化或半自動化設(shè)計/制造的一項實用技術(shù)，它可以大大縮短設(shè)計/制造周期，加速產(chǎn)品更新?lián)Q代，降低生產(chǎn)成本。節(jié)省人力物力，而且對于保證產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要的作用。(5)輔助教學(xué)和醫(yī)療。計算機廣泛應(yīng)用于教育，被稱為"教育史上的第四次革命”.計算機輔助教學(xué)(CAI)

13、軟件可以把以前學(xué)生難以理解的知識，通過圖像、動畫和聲音的配合，給學(xué)生更直觀、更感性的形象，大大提高學(xué)習(xí)效率。網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)不受時空限制，可以按照自身情況制訂學(xué)習(xí)的計劃和進(jìn)度， 可以實現(xiàn)終身學(xué)習(xí)。 在醫(yī)療衛(wèi)生方面， 借助計算機的各種 醫(yī)療設(shè)備，如CT圖像處理設(shè)備，心、腦電圖分析儀等，為早期疾病診斷提供了強有力的手段。(6)人工智能。指的是計算機具有模仿人的高級思維活動(如感知、思維、推理、學(xué) 習(xí)、理解等)的能力，這類計算機主要應(yīng)用于專家系統(tǒng)、模式識別、問題求解、定理證明、 機器翻譯及自然語言理解等。計算機在社會經(jīng)濟與發(fā)展中的作用已在60多年的歷史中得到了充分的肯定。計算機應(yīng)用的不斷擴展推動著計算機

14、技術(shù)快速發(fā)展，計算機技術(shù)的不斷進(jìn)步， 又大大推動著計算機應(yīng)用的迅猛發(fā)展。1.1.3目前計算機種類非常多，按照功能可以分為通用機和專用機。按照運算速度可分為巨型 機、大型機、小型機、工作站和微型計算機。按照所處理的數(shù)據(jù)類型可分為模擬計算機、數(shù) 字計算機和混合型計算機等。(1)巨型機。運算速度超過 1億次/秒，存儲容量大，主存容量超過幾千兆字節(jié)。其結(jié)如有幫助，歡迎下載支持!構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，研制這類巨型機是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，尤其是國防尖端技術(shù)發(fā)展的需要。(2)大型機。運算速度一般在 100萬次/秒至幾千萬次/秒，字長32位64位，主存 容量在幾百兆字節(jié)以上。具有比較完善的指令系統(tǒng)、 豐富的外部設(shè)備和功

15、能齊全的軟件系統(tǒng)。其特點是通用性好，有極強的綜合處理能力，主要應(yīng)用于銀行、政府部門和大型制造廠家等。(3)小型機。小型機規(guī)模小、結(jié)構(gòu)簡單，所以研制周期短，便于及時采用先進(jìn)工藝，生產(chǎn)量大，硬件成本低。同時，由于小型機軟件比大型機簡單，所以軟件成本也低。小型機打開了在控制領(lǐng)域應(yīng)用計算機的局面，適用于數(shù)據(jù)的采集、整理、分析和計算等方面。(4)微型機。微型機采用微處理器、半導(dǎo)體存儲器和輸入/輸出接口等芯片組裝而成，使得微型機具有設(shè)計先進(jìn)、軟件豐富、功能齊全、價格便宜、可靠性高和使用方便等特點。(5)工作站。20世紀(jì)80年代興起的面向工程技術(shù)人員的計算機系統(tǒng)，其性能介于小型計算機和微型計算機之間。一般具

16、有高分辨率的顯示器、交互式的用戶界面和功能齊全的圖形軟件等。(6)網(wǎng)絡(luò)計算機。應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)上的計算機，這種計算機簡化了普通個人計算機中支持 計算機獨立工作的外部存儲器等部件，設(shè)計目標(biāo)是依賴網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器提供的各種能力支持，以盡可能地降低制造成本。這類計算機簡稱為"NC".1.2二進(jìn)制是計算機功能得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)，任何計算機應(yīng)用中的數(shù)據(jù)在機器內(nèi)部都表示為"0"和"1"組成的二進(jìn)制代碼串，數(shù)據(jù)處理最終都可以轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制基本運算。1.2.1如有幫助，歡迎下載支持!1 .計數(shù)進(jìn)位制因數(shù)符的個數(shù)有限，為了表示較大的數(shù)，一般采用計數(shù)進(jìn)位制(簡稱數(shù)制)，當(dāng)

17、數(shù)據(jù)達(dá) 到當(dāng)前長度可以表示的最大值后，如果數(shù)據(jù)繼續(xù)增大， 那么把當(dāng)前數(shù)據(jù)長度增加一位，同時修改每位上的數(shù)值，這樣就可以表示更大的數(shù)。計數(shù)進(jìn)位制的核心是基數(shù)與權(quán)。一般而言，在每個數(shù)字系統(tǒng)中，若采用R個基本符號(0,1,2,，R-1 )表示各位上的數(shù)字，則稱其為基 R數(shù)制，或稱R進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)。R被稱為該數(shù)字系統(tǒng)的基數(shù)，運算時的原 則是"逢R進(jìn)一”,對于每一個數(shù)位i,其該位上的權(quán)為 Ri。對于一個用R進(jìn)制表示的數(shù)，可以按權(quán)展開為N：計算機中常用的數(shù)制有二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制，表 1-1列出了這四種常用 數(shù)制的基本規(guī)則。表1-1計算機中常用的進(jìn)位計數(shù)制2 .不同計數(shù)進(jìn)位制之間的轉(zhuǎn)換

18、(1) R進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。任何一個R進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成為十進(jìn)制數(shù)時，只要"按權(quán)展開"即可。例如，把二進(jìn)制數(shù)10101.01轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)：(10101.01 ) 2 = 1 X24+0 X23+1 X22+0 X21 + 1 X20+0 X2-1 + 1 X2-2=(21.25 ) 10(2)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為 R進(jìn)制數(shù)。任何一個十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成為R進(jìn)制數(shù)時，要將整數(shù)和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖1-5 十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制圖1-6 十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換方法是"除基取余，上右下左".用要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制整數(shù)去除以基如有幫助，歡迎下載支持!

19、數(shù)R,將得到的余數(shù)作為結(jié)果數(shù)據(jù)中各位的數(shù)字，直到余數(shù)為 0為止。上面的余數(shù)作為右邊 的低位數(shù)位，下面的余數(shù)作為左邊的高位數(shù)位。如圖 1-5所示，把十進(jìn)制整數(shù) 835轉(zhuǎn)換為 二進(jìn)制數(shù)。(835 ) 10= (1101000011 ) 2小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換方法是 "乘積取整，上左下右".用要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制小數(shù)去乘以基數(shù)R,將乘積的整數(shù)部分作為結(jié)果數(shù)據(jù)中各位的數(shù)字，小數(shù)部分繼續(xù)與基數(shù)R相乘。以此類推，直到某一步乘積的小數(shù)部分為0或者已得到希望的位數(shù)為止。最后，將上面的整數(shù)部分作為左邊的高位數(shù)位，下面的整數(shù)部分作為右邊的高位數(shù)位。在進(jìn)行轉(zhuǎn)換的過程中，可能乘積的小數(shù)部分總得不到0,在

20、這種情況下得到的是近似值。如圖 1-6所示，把十進(jìn)制小數(shù)0.6875轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。(0.6875 ) 10= (0.1011 ) 2含整數(shù)、小數(shù)部分的數(shù)的轉(zhuǎn)換。只要將整數(shù)、小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)換后的 整數(shù)和小數(shù)部分，然后再把這兩部分組合起來就得到一個完整的數(shù)。例如，十進(jìn)制數(shù) 835.6875轉(zhuǎn)換為二級制數(shù)為：(835.6875 ) 10= (1101000011.1011) 2(3)二、八、十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換。二進(jìn)制與八進(jìn)制相互轉(zhuǎn)換從小數(shù)點起，把二進(jìn)制數(shù)每三位分成一組，然后寫出每一組的等值八進(jìn)制數(shù)，順序排列起來就得到所要求的八進(jìn)制數(shù)。同理，將一位八進(jìn)制數(shù)用三位二進(jìn)制數(shù)表示，就可直接

21、將八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。例如，把八進(jìn)制數(shù)13.724轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。如有幫助，歡迎下載支持!(13.724 ) 8= (001 011.111 010 100) 2= (1011.1110101 ) 2二進(jìn)制與十六進(jìn)制相互轉(zhuǎn)換從小數(shù)點起，把二進(jìn)制數(shù)每四位分成一組，然后寫出每一組的等值十六進(jìn)制數(shù)，順序排列起來就得到所要求的十六進(jìn)制數(shù)。同理，將一位十六進(jìn)制數(shù)用四位二進(jìn)制數(shù)表示，就可直接將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。例如，把十六進(jìn)制數(shù)2B.5E轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。(2B.5E) 16= (0010 1011 .0101 1110) 2= (101011.0101111) 2八進(jìn)制與十六進(jìn)制相互轉(zhuǎn)換。通常

22、采用二進(jìn)制作為中間媒介，即先把八進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二 進(jìn)制，然后再把二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成為對應(yīng)的十六進(jìn)制。把十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制與此相似。1.2.2在計算機中表示實際數(shù)據(jù)時，有兩個問題需要解決， 一是數(shù)值的正負(fù)，二是小數(shù)點位置。一般用最高位標(biāo)識數(shù)的正負(fù)，0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)，該位稱為符號位，這種形式表示的數(shù)通常稱為機器數(shù)。對于小數(shù)點問題，可分為小數(shù)點位置固定(定點數(shù))、位置不固定(浮 點數(shù))兩種情況，分別予以處理。1 .常用碼制(1)原碼。最高位是符號位，0代表正，1代表負(fù)，其余各位是數(shù)的絕對值的二進(jìn)制代碼。通常用X原表示數(shù)X的原碼。例如，設(shè)機器字長為8位，則有下列結(jié)果。+1原=00000001-1 原=1

23、0000001+0原=00000000-0 原=10000000按照原碼編碼規(guī)則，零有兩種表示形式。如有幫助，歡迎下載支持!原碼表示方法簡明易懂，與其真值轉(zhuǎn)換方便，比較容易進(jìn)行乘除運算，但是在進(jìn)行加減運算時，原碼運算不方便，主要源于符號位不能參加運算，需要增加很多判斷條件。(2)反碼。最高位是符號位，對正數(shù)而言，最高位為0,其余各位是數(shù)的絕對值二進(jìn)制代碼；對負(fù)數(shù)而言，最高位為1,其余各位是數(shù)的絕對值二進(jìn)制代碼各位取反。通常用 X反表示數(shù)X的反碼。例如，設(shè)機器字長為8位，則有下列結(jié)果。+1反=00000001-1 反=11111110+0反=00000000-0 反=11111111按照反碼編碼

24、規(guī)則，零也有兩種表示形式，反碼同樣不方便運算。(3)補碼。補碼源于模和同余的概念，是為了方便計算機進(jìn)行加減運算而引入的。最高位是符號位，正數(shù)的補碼等于其原碼，負(fù)數(shù)的補碼等于其反碼最后一位加上1.通常用X補表示數(shù)X的反碼。例如，設(shè)機器字長為 8位，則有下列結(jié)果。+1補=00000001-1 補=11111111+0補=00000000-0補=00000000按照補碼編碼規(guī)則，零有唯一的表示形式。采用補碼進(jìn)行加減運算十分方便，可以允許符號位一起參與運算，而且可以把減法運算轉(zhuǎn)化為加法運算，提高了運算速度。采用補碼進(jìn)行加減運算時，若運算結(jié)果不超出機器所表示范圍，則有如下關(guān)系。X+Y補=兇補+Y補如有幫

25、助，歡迎下載支持!X-Y補=兇補+-Y補(4)移碼。又稱為增碼、余碼或偏碼，常用于表示浮點數(shù)中的階碼。通常用 X移表示數(shù)X的移碼，設(shè)機器字長為 n,取1位符號位，真值 X所對應(yīng)的移碼如下。兇移=2n-1+x(-2n-1<=X<2n-1)實際應(yīng)用中，不用上面關(guān)系式計算移碼。機器數(shù)補碼與移碼的符號位互補，其余位完全相同，所以二者轉(zhuǎn)換時只需把符號位取反。2 .定點數(shù)與浮點數(shù)定點數(shù)是指小數(shù)點位置固定的數(shù)，一般將定點數(shù)分成定點整數(shù)和定點小數(shù)兩種。定點整數(shù)的小數(shù)點固定在數(shù)據(jù)數(shù)值部分的最右邊，n+1位定點整數(shù)表示范圍：-2n2n-1.定點小數(shù)的小數(shù)點固定在符號位的右邊，數(shù)值位的左邊，它一定是純小

26、數(shù)，n+1位定點小數(shù)表示范圍：-11-2-n.定點數(shù)運算時，所有數(shù)據(jù)都必須保證處于有效數(shù)值范圍內(nèi)。如遇到絕對值小于最小正數(shù)的數(shù)，則被當(dāng)作機器數(shù) 。來處理，稱為"下溢”.而大于最大正數(shù)和小于絕對值最大負(fù)數(shù)的數(shù)， 則稱為“溢出"，此時計算機暫停當(dāng)前工作，而轉(zhuǎn)去進(jìn)行溢出處理。與定點數(shù)不同，浮點數(shù)小數(shù)點位置能根據(jù)需要浮動。一個 R進(jìn)制數(shù)N通常表示為如下 形式。其中R稱為基數(shù)，E稱為階碼，F(xiàn)稱為尾數(shù)。在計算機中，基數(shù) R 一般都是2,階碼E采 用定點整數(shù)的形式，尾數(shù) F采用定點小數(shù)的形式，E和F決定浮點數(shù)的表示精度， E和R決 定浮點數(shù)的表示范圍。在機器中，一般按照下列形式構(gòu)成浮點數(shù)

27、。如有幫助，歡迎下載支持!在這種表示法中，階碼一般是原碼、補碼或移碼，尾數(shù)一般是原碼或補碼。浮點數(shù)表示有一定范圍，超出后就會溢出。設(shè)浮點數(shù)階碼和尾數(shù)均用補碼表示，階碼為 m+1位（其中1位是符號位），尾數(shù)為 n+1位（其中1位是符號位），則浮點數(shù)的典型 范圍值如表1-2所示。表1-2 浮點數(shù)的典型范圍值為便于軟件移植，浮點數(shù)表示格式應(yīng)該有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。1985年IEEE提出了 IEEE754標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定基數(shù) R為2,階碼E用移碼表示，尾數(shù) F用原碼表示。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了三種不同浮 點數(shù)的表示規(guī)則，如表 1-3所示。表1-3 IEEE754規(guī)定的三種不同浮點數(shù)3 .二-十進(jìn)制編碼十進(jìn)制有10個不同的

28、數(shù)符，4位二進(jìn)制可組成16種不同的代碼，從中選出10個代碼來表示十進(jìn)制的10個數(shù)符，會有很多種方案，這些方案統(tǒng)稱為BCD碼。根據(jù)二進(jìn)制代碼中不同位置是否有確定的權(quán)值，BCD碼分成有權(quán)碼和無權(quán)碼。常用有權(quán)碼包括 8421碼、2421碼、5211碼等，它們的權(quán)值從高到低分別為8、4、2、1 （8421 碼），2、4、1、1 （2421 碼），5、2、1、1 （5211 碼）。常用無權(quán)碼包括余 3碼和格雷碼，余 3碼是在8421碼基礎(chǔ)上把每個代碼加 3 （0011 ） 后得到的代碼。格雷碼也稱為循環(huán)碼，這 10個代碼中任何相鄰兩個代碼中只有 1位二進(jìn)制 位的值不同，其余 3位的值都必須相同。上述幾種

29、碼制與十進(jìn)制數(shù)符的對應(yīng)關(guān)系如表1-4所示。如有幫助，歡迎下載支持!表1-4 常見BCD碼與十進(jìn)制數(shù)符的對應(yīng)關(guān)系注意，對BCD碼進(jìn)行運算時，如果結(jié)果在1015之間，那么結(jié)果須加修正。如果相加之和有進(jìn)位，那么也必須加 6修正。1.2.31 .定點加減運算從原理上說，原碼、反碼、補碼都能進(jìn)行加減運算，但由于補碼運算比較方便，所以大多數(shù)情況下都是采用補碼進(jìn)行加減運算。補碼加法公式如下。X+Y補=兇補+Y補補碼減法可以看作負(fù)數(shù)加法，這樣可以使減法與加法使用同一個加法器，簡化計算機設(shè) 計，公式如下。X-Y補=兇 補-丫補=兇 補+-Y補由兇補求-X補的方法是：X補的各位取反（包括符號位），末尾加1.補碼運

30、算時，符號位和碼值一起參與運算，符號位相加后如果有進(jìn)位，該進(jìn)位應(yīng)當(dāng)被舍去。例如，設(shè)二進(jìn)制整數(shù)X=+1001,Y=+0101, 求 X+Y、X-Y 的值。兇補=01001,Y補=00101,-Y補=11011,符號位參與運算，過程如下。其中，虛線內(nèi)的1是進(jìn)位，需要舍去。在計算機中，數(shù)的表示范圍是有限的，若運算結(jié)果超出該范圍，就稱為溢出，此時計算如有幫助，歡迎下載支持!機要停止運算，進(jìn)行中斷處理。判斷是否溢出，常用下述方法。單符號位判別法。設(shè)兇補=Xs.X1X2Xn,Y補=丫$.丫1丫2Yn,二者的和（差）為Sb=Ss.S1S2Sn.當(dāng)Xs和Ys不相等時，結(jié)果不會溢出。當(dāng) Xs=Ys=0,Ss=1

31、 時，產(chǎn)生上溢。當(dāng)Xs=Ys=1,Ss=0 時，產(chǎn)生下溢。進(jìn)位位判別法。設(shè)兩數(shù)運算時，各位產(chǎn)生的進(jìn)位為：CS.C1C2Cn.其中，Cs為符號位產(chǎn)生的進(jìn)位，C1為最高數(shù)值位產(chǎn)生的進(jìn)位。兩個正數(shù)相加，當(dāng)最高有效位產(chǎn)生進(jìn)位（C1=1 ）,而符號位不產(chǎn)生進(jìn)位（Cs=0 ）時，發(fā)生上溢；兩個負(fù)數(shù)相加，當(dāng)最高有效位不產(chǎn)生進(jìn)位（C1=0 ）,而符號位產(chǎn)生進(jìn)位（Cs=1 ）時，發(fā)生下溢。雙符號為判別法。將符號位擴充到兩位：S1和S2,用S1S2=00表示正數(shù),S1S2=11表示負(fù)數(shù)。運算結(jié)束后， S1S2有四種不同的取值，含義分別如下。S1S2=00:結(jié)果為正數(shù)，無溢出S1S2=01:結(jié)果正溢S1S2=10:

32、結(jié)果負(fù)溢S1S2=11:結(jié)果為負(fù)數(shù)，無溢出2 .浮點加減運算一個浮點數(shù)的表示形式通常不惟一，常采用浮點數(shù)規(guī)格化形式，即規(guī)定尾數(shù)的最高數(shù)位必須是一個有效數(shù)，即其尾數(shù) F的絕對值必須滿足：當(dāng)基數(shù)R=2時，?！鞍⒏?當(dāng)尾數(shù)F用原碼表示時，規(guī)格化后尾數(shù)最高位總是1.當(dāng)尾數(shù)F用補碼表示時，規(guī)格化后尾數(shù)最高位與符號位不同，即當(dāng) 一I I 時，應(yīng)是0.1 XXX的形式。而當(dāng)如有幫助，歡迎下載支持!時，應(yīng)是i.0xxx的形式。設(shè)有兩個浮點數(shù) X和Y,它們分別是X=2Ex XFx , Y=2Ey XFy.它們進(jìn)行加減運算的規(guī)則是：完成上述加減運算，需要包括下述步驟。(1 )零操作數(shù)檢查。如果兩個操作數(shù)X和Y中有

33、一個數(shù)為0,那么就可得知運算結(jié)果而不再進(jìn)行后繼的操作。(2)"對階"操作。首先求出階碼之差 狂= "3，若立'二0，說明X和Y階碼 相同，可以直接進(jìn)行尾數(shù)加減運算。若 總?cè)?：,則需要移動尾數(shù)來改變 Ex和Ey,使之相 等。一般采用"小階向大階看齊”的原則，通過向右移動小階數(shù)據(jù)的尾數(shù) 仙因位，使得X和Y 的階碼相同。(3)尾數(shù)相加減。無論加法還是減法運算，都按加法進(jìn)行操作，其方法與定點加減法 運算相同。(4)尾數(shù)規(guī)格化。按照定點加減法的判斷準(zhǔn)則，若尾數(shù)溢出，則應(yīng)使尾數(shù)結(jié)果右移一位，階碼加1,稱為右規(guī)格化。若尾數(shù)沒有溢出，但數(shù)值部分的最高位與符號位

34、相同，表明不滿足規(guī)格化，此時應(yīng)使尾數(shù)Z果左移一位，階碼減1,重復(fù)執(zhí)行直到數(shù)值部分最高位與符號位不同為止，稱為左規(guī)格化。(5)舍入處理。在對階或向右規(guī)格化時，尾數(shù)向右移動，這樣被右移尾數(shù)的最低位部 分就會丟掉，從而造成一定誤差，此時需要舍入處理。一般采用下述舍入方法。"0舍1入法”.如果右移時被丟掉數(shù)位的最高位是0,則舍去，否則將尾數(shù)的末位加 "1"."1".“恒置1法”.只要有數(shù)位被移出，就在尾數(shù)的末尾恒置如有幫助，歡迎下載支持!3 .浮點乘除運算設(shè)有兩個浮點數(shù)X和Y,它們分別是：X=2Ex XFxY=2Ey XFy浮點乘法運算規(guī)則是：XXY=

35、2 (Ex+Ey) X (FxXFy),即乘積的尾數(shù)是二者尾數(shù)之積，乘積的階碼是二者階碼之和。浮點除法運算規(guī)則是：X+Y=2 (Ex-Ey) X (Fx+Fy),即商的尾數(shù)是二者尾數(shù)之商，商的階碼是二者階碼之差。與浮點數(shù)加減運算相同，浮點數(shù)乘除運算也大體分為5個步驟：零操作數(shù)檢查、階碼加或減操作、尾數(shù)乘或除操作、結(jié)果規(guī)格化和舍入處理。1.2.4邏輯數(shù)是指不帶符號的二進(jìn)制數(shù)，對這些數(shù)可以進(jìn)行邏輯運算，在非數(shù)值應(yīng)用的廣大領(lǐng) 域中，非常有用。計算機中的邏輯運算，主要是指邏輯非、邏輯或、邏輯與、邏輯異或等四 種基本運算。1 .邏輯非運算又稱求反，對某數(shù)進(jìn)行邏輯非運算，就是按位求它的反，常用變量上方加一

36、橫來表示。設(shè)-個數(shù)x表示成x= 3丙瑞。對x求邏輯非，則有：° =砧.'.其中：二,：一.如有幫助，歡迎下載支持!2 .邏輯或運算又稱邏輯加，對兩個數(shù)進(jìn)行邏輯加，就是按位求它們的"或"，常用記號"+”來表示。設(shè)有兩個數(shù)x和y,它們表示為，*=%吃巧與') ="川、月.若豈+尸”叫馬，7則：/ = = 0:12:/ .3 .邏輯與運算又稱邏輯乘，對兩個數(shù)進(jìn)行邏輯乘，就是按位求它們的"與"，常用記號"叫"來表示。設(shè)有兩個數(shù)x和y,它們表不為,H =與項均 4，,=修達(dá)上K =z= Wj-O4

37、.邏輯異或運算又稱按位加，對兩個數(shù)進(jìn)行邏輯異或， 就是按位求它們的模 2和，常用記號"”來表示。設(shè)有兩個數(shù)x和y,它們表示為，工®'? 一%汜 外則:1.2.51 .字符的表不如有幫助，歡迎下載支持！常用美國國家信息交換標(biāo)準(zhǔn)字符碼（ASCII ）表示字符。常見的 ASCII碼為7位二進(jìn)制代碼，可以表示128種不同字符符號，它包括 10個十進(jìn)制數(shù)字、52個英文大小寫字母、 34個專用符號和32個控制符號，這128個符號中有96個是可打印的字符。對于ASCII碼來說，字節(jié)最左邊的一位可以作為奇偶校驗位，也可以直接設(shè)置為0,作為西文字符和漢字的區(qū)分標(biāo)識。 在某些應(yīng)用中，需

38、要使用ASCII碼的高位信息，這種被擴充的 編碼方式稱為擴展 ASCII碼，它采用8位二進(jìn)制數(shù)表示一個字符，一共可以表示 256個不 同的字符。2 .漢字的表示漢字字?jǐn)?shù)繁多、字形復(fù)雜、讀音多變，要想在計算機中表示漢字，最方便的方法是對漢 字進(jìn)行編碼，漢字編碼要與西文字符及其它字符有明顯的區(qū)別。（1）國標(biāo)碼。又稱為漢字交換碼，主要用于漢字信息處理系統(tǒng)之間或者通信系統(tǒng)之間的信息交換。1981年國家標(biāo)準(zhǔn)總局公布了 GB2312-80,即信息交換用漢字編碼字符集基本集，簡稱國標(biāo)碼（GB碼）。該標(biāo)準(zhǔn)共U集常用漢字 6763個，其中一級漢字 3755個, 按拼音排序。二級漢字 3008個，按部首排序。另外

39、還有各種圖形符號 682個，共計7445個。（2）區(qū)位碼。將國標(biāo)碼中的6763個漢字分為94個區(qū)，每個區(qū)中包含 94個漢字（位）。 每個漢字都對應(yīng)一個區(qū)號和位號，二者組合在一起就構(gòu)成了區(qū)位碼。漢字區(qū)位碼定長4位,前兩位表示區(qū)號，后兩位表示位號，二者都用十進(jìn)制表示，范圍都是 01到94.在區(qū)位碼表中，第 1到15區(qū)包含西文字母、數(shù)字和圖形符號，以及用戶自定義的專用符號（統(tǒng)稱非漢字圖形字符）。第 16到55區(qū)為一級漢字。第 56到87區(qū)為二級漢字。87如有幫助，歡迎下載支持!區(qū)以上為空白區(qū)，可供造新字使用。區(qū)位碼與國標(biāo)碼不同，二者關(guān)系為：國標(biāo)碼 二區(qū)位碼（十六進(jìn)制）+2020H.（3）機內(nèi)碼。漢字

40、處理系統(tǒng)要保證中西文兼容，以字節(jié)為單位時，ASCII碼和國標(biāo)碼的最高位都是"0",其它7位有時候會相同，所以會產(chǎn)生二義性。漢字在計算機內(nèi)部的惟一編碼 稱為機內(nèi)碼，機內(nèi)碼編碼時要避免該二義性。機內(nèi)碼與國標(biāo)碼相同，長度都是二字節(jié)，它在相應(yīng)國標(biāo)碼的每個字節(jié)最高位加"1",即:機內(nèi)碼=國標(biāo)碼+8080H.1.3指令是指示計算機執(zhí)行某種操作的命令，一臺計算機所有指令的集合構(gòu)成該機器的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)決定了計算機硬件的主要性能和基本功能，它應(yīng)根據(jù)計算機的使用要求來設(shè)計，不僅與計算機的硬件結(jié)構(gòu)有關(guān)，也直接影響到系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，是計算機系統(tǒng)軟、 硬件的界面，是了解

41、或設(shè)計一臺計算機系統(tǒng)的基本出發(fā)點。1.3.1每條指令都包含兩個基本部分，（1）操作碼：表示指令執(zhí)行什么功能。（2）地址碼：表示參與操作的數(shù)據(jù)的地址。指令的基本格式為：指令字長度指一個指令字中包含的二進(jìn)制代碼位數(shù)，機器字長指計算機能直接處理的二 進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)。根據(jù)二者的關(guān)系，可以把指令分為半字長指令、單字長指令、多字長指令。但取出一整條指令需要多多字長指令可以提供足夠多的地址位來解決內(nèi)存單元的尋址問題,如有幫助，歡迎下載支持!次訪問內(nèi)存，降低了 CPU運算速度，同時又占用了更多的存儲空間。尋址技術(shù)是根據(jù)地址碼尋找到所需要操作數(shù)的技術(shù)，通常包括編址方式和尋址方式。編址方式是對寄存器、主存儲器及輸入

42、/輸出設(shè)備等進(jìn)行編址的方式。主要包括字編址方式、字節(jié)編址方式和位編址方式等。在主存容量相同的條件下，不同編址方式對應(yīng)的地址碼位數(shù)不同。例如，如果采用字節(jié)編址方式，那么地址碼位數(shù)就長，但是可以對每個字符進(jìn)行處理。如果采用字編制方式，那么地址碼位數(shù)就短些，但對字符操作就比較困難。確定本條指令的數(shù)據(jù)地址以及下一條要執(zhí)行的指令地址的方法稱為尋址方式，包括指令尋址方式和操作數(shù)尋址方式兩種。指令尋址方式有順序?qū)ぶ贩绞胶吞S尋址方式兩種。操作數(shù)尋址方式有以下幾種：立即尋址方式、直接尋址方式、間接尋址方式、變址尋址方式、基 址尋址方式、相對尋址方式和寄存器尋址方式等。在實際應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)不同編址和尋址方式的

43、特點，結(jié)合具體問題來分析，選擇合適 的編址和尋址方式。1.3.2在CPU中，一條指令的運行包括取指、分析和執(zhí)行三個過程。(1)取指。把程序計數(shù)器 PC的內(nèi)容(指令地址)裝入存儲器地址寄存器 MAR,送給地 址總線，然后由地址總線選中該地址所在的主存單元，取出該指令的代碼， 經(jīng)數(shù)據(jù)總線輸入CPU中的指令寄存器IR.(2)分析(指令譯碼)。指令的操作碼經(jīng)指令譯碼器譯碼后，給 CPU的相應(yīng)的寄存器 和其它部件發(fā)出一系列控制信號。在指令譯碼的同時， 程序計數(shù)器PC的內(nèi)容加1,產(chǎn)生下一 條指令地址。如有幫助，歡迎下載支持!(3)執(zhí)行。CPU的各個部件根據(jù)不同的控制信號序列，執(zhí)行相應(yīng)的操作。常用的指令方式

44、包括下述三種：(1)順序執(zhí)行方式。CPU的控制部件對當(dāng)前指令進(jìn)行取指、分析和執(zhí)行。當(dāng)前指令執(zhí)行結(jié)束后，再對下一條指令進(jìn)行取指、 分析和執(zhí)行，如此循環(huán)執(zhí)行下去，直到程序執(zhí)行完畢。 順序執(zhí)行方式具有下述特點：指令與指令之間是順序地串行執(zhí)行。一條指令的三個執(zhí)行步驟(取指、譯碼、執(zhí)行)也是順序地串行執(zhí)行。優(yōu)點是控制簡單，硬件容易實現(xiàn)，缺點是執(zhí)行速度比較慢。(2)超前執(zhí)行方式。前一條指令執(zhí)行過程尚未結(jié)束，就提前處理下一條指令，即指兩條指令的某些操作同時進(jìn)行。該方式通常有超前取指、 超前指令譯碼、超前尋址和取操作數(shù)等操作。超前執(zhí)行方式具有下述特點：每條指令內(nèi)部的各個操作仍是順序地串行執(zhí)行。相鄰兩條指令的某

45、些操作可以同時進(jìn)行。優(yōu)點是提高指令的控制速度，缺點是技術(shù)較復(fù)雜，實現(xiàn)起來難度比較大。(3)流水線方式。把指令的執(zhí)行過程分解為若干個子過程，分別由不同的硬件去執(zhí)行。例如，通常把指令的執(zhí)行過程分為取指、譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行四個子過程，分別由取指、譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行四個裝置來執(zhí)行，這四個裝置彼此可以并發(fā)執(zhí)行，如表1-5所示。表1-5 流水線執(zhí)行方式如有幫助，歡迎下載支持!流水線方式具有下述特點：每條指令內(nèi)部的各個子過程仍是順序地串行執(zhí)行。每條子過程執(zhí)行完畢，由于該裝置已空閑，即可接收下一條指令中同樣的子過程來執(zhí) 行。優(yōu)點是明顯提高了程序的執(zhí)行速度，缺點是硬件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。1.4存儲介質(zhì)是指用來制作

46、存儲信息的物質(zhì)。按存儲介質(zhì)分類，存儲器分為半導(dǎo)體存儲器、磁存儲器和光存儲器。半導(dǎo)體存儲器速度快，但容量不可能很大， 且成本較高。磁存儲器和光存儲器成本低，容量可以很大，但速度低，與CPU高速處理能力不匹配。我們所需要的理想存儲器，其速度要和半導(dǎo)體存儲器相當(dāng)，容量要和磁存儲器、 光存儲器相當(dāng)。單從改進(jìn)存儲技術(shù)的途徑來提高存儲器性能，很難滿足上述要求。 所以，必須從存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面采取措施，即采用多種不同類型的存儲器組成存儲系統(tǒng)。常用的是三級存儲系統(tǒng)，如圖1-7所示。圖1-7 三級存儲系統(tǒng)該存儲系統(tǒng)存在下述兩個存儲層次。(1) Cache-主存存儲層次。由 Cache和主存構(gòu)成，它緩解了主存和 C

47、PU速度的矛盾。 從整體上看，該層次接近于 Cache的速度、主存的容量和主存的平均位價格。該層次工作 時完全由輔助硬件來實現(xiàn)，對所有程序員都是透明的。(2)主存-輔存存儲層次。由主存和輔存構(gòu)成，它緩解了存儲器大容量與低成本之間的如有幫助，歡迎下載支持!矛盾。從整體上看，該層次接近于主存的速度、輔存的容量和輔存的平均位價格。該層次工作時由輔助的軟硬件來實現(xiàn)，對所有程序員都是透明的。1.4.11 .主存記憶元件主存儲器按照存取限制可以分為RAM （隨機存儲器）和 ROM （只讀存儲器）兩種。前者既可以在線存（寫）又可以在線?。ㄗx），后者只能在線?。ㄗx）。（1） RAM記憶元件。RAM要求元件具有

48、如下記憶特性：有兩種穩(wěn)定狀態(tài)；在外部信 號的激勵下，兩種穩(wěn)定狀態(tài)能進(jìn)行無限次相互轉(zhuǎn)換；在外部信號的激勵下，能讀出兩種穩(wěn)定狀態(tài)；可靠地存儲。半導(dǎo)體 RAM 元件可分為靜態(tài) RAM （SRAM ）和動態(tài) RAM （DRAM ）兩大類。二者的 區(qū)別，是SRAM利用開關(guān)特性進(jìn)行記憶，只要電源有電，它總能保持兩個穩(wěn)定狀態(tài)中的一 個狀態(tài)。DRAM 則除了要電源有電外，還必須動態(tài)地每隔一定的時間間隔進(jìn)行一次刷新， 否則信息會丟失。（2） ROM記憶元件。ROM是一種非易失性器件，它所存儲的信息用特殊方式寫入，主要存儲經(jīng)常要用的一些固定信息。根據(jù)其物理特性可把ROM分為以下幾類：ROM.又稱為MROM （掩模

49、型只讀存儲器），它采用二次光刻掩模工藝一次制成，制 成后其內(nèi)容不可改變。PROM.即可編程的ROM,其元件有多種形式， 最常用的是熔絲型的， 它在出廠時各處 熔絲都是完好的，均表示 "1".當(dāng)用戶需要將其中某位置 "0"時，把對應(yīng)處的熔絲燒斷即可。PROM 一經(jīng)寫好，存有"0"的位置就不可再改為"1".如有幫助，歡迎下載支持!EPROM.又稱為可擦除可編程 ROM,是一種可改寫的 ROM,目前用得較多的是浮動雪崩注入型MOS管。按照擦除方法的不同，可分為 UVEPROM 和E2PROM兩種。2 .主存儲器組成主存儲

50、器主要由存儲體、地址譯碼驅(qū)動電路、讀寫電路和時序控制電路等組成。存儲體是主存的核心，它由許多位集成在一個芯品上構(gòu)成，再由一些芯片進(jìn)行擴展，就構(gòu)成容量更大的存儲體陣列。常用擴展方式包括字?jǐn)U展方式、位擴展方式和段擴展方式等。一個地址碼唯一地對應(yīng)一個地址，將一個地址碼變換成為驅(qū)動字線電位的邏輯電路，稱為地址譯碼器。由于每條地址線上都掛有許多存儲元電路，為能對它們進(jìn)行有效驅(qū)動，在譯碼器輸出端每條字線上都要加一個驅(qū)動器。一個信號從發(fā)出到穩(wěn)定，有一個過程，為了能進(jìn)行有效讀寫，必須考慮這些信號之間的時間配合關(guān)系，即所謂的時序關(guān)系。管理這些時序關(guān)系的電路就稱為時序電路。3 .主存工作模式(1) SDRAM.又

51、稱同步動態(tài)隨機存儲器，是早期內(nèi)存工作模式 EDO的改進(jìn)，該方式將 CPU與RAM通過一個相同的時鐘鎖在一起，使得 RAM與CPU共享一個時鐘，以相同的 速度同步工作。(2) DDR SDRAM.又稱雙數(shù)據(jù)傳輸率同步動態(tài)內(nèi)存，它使用了延時鎖定電路，在時鐘脈沖的上升沿和下降沿都能讀出數(shù)據(jù)，速度在同樣的時鐘頻率條件下是SDRAM的兩倍。(3) RDRAM.又稱存儲器總線式動態(tài)隨機存儲器，采用了超高時鐘頻率，還采用了串行模塊結(jié)構(gòu)-各個芯片用一條總線串接起來，前面芯片寫滿后，后面芯片才開始讀入數(shù)據(jù)。如有幫助，歡迎下載支持!(4) XDR DRAM.又稱極度數(shù)率動態(tài)隨機存儲器，是 RDRAM 的改進(jìn)，主要

52、采用了改 進(jìn)的串行模塊架構(gòu)、8倍數(shù)據(jù)傳輸率和FlexPhase技術(shù)等的新技術(shù)。4 .主存儲器的主要指標(biāo)主存儲器的性能，通?？梢詮囊韵聨追矫婷枋?。(1)每位成本。折合到每一位的存儲器的造價，是存儲器的主要經(jīng)濟指標(biāo)。(2)容量。通常用有多少個存儲單元、每個單元有多少位來表示，也可用能存儲多少 字節(jié)來表不(3)存取速度。主存最重要的技術(shù)指標(biāo)，一般包括下述內(nèi)容。訪問時間。從啟動一次訪問操作到完成該操作所用的時間。存取周期。兩次連續(xù)地訪問主存操作之間所需要的最短時間。主存帶寬。又稱為數(shù)據(jù)傳輸率，指的是每秒鐘訪問的二進(jìn)制位數(shù)目。(4)信息的可靠保存性、非易失性和可更換性。(5)可靠性。通常用 MTBF來衡

53、量。1.4.2輔助存儲器用以存放當(dāng)前暫時不用的程序和數(shù)據(jù)，是主存儲器的主要后援存儲設(shè)備。對 輔存的基本要求，是容量大、成本低、可以脫機保存信息。讀寫方式主要有磁讀寫和光讀寫 兩種。1.磁表面存儲器如有幫助，歡迎下載支持!磁盤、磁帶都是磁表面存儲器，其信息存儲于涂覆在載體表面、厚度為0.0245左右的磁層中。其存儲元記錄了磁頭寫線圈中電流的方向，當(dāng)載磁體朝一個方向運動時，若寫線圈中通過脈沖電流，就把其中的信息存儲在磁層中，從而完成寫操作。若寫線圈中沒有脈沖電流，那么存儲元中的剩磁由于電磁感應(yīng)原理，可以在讀線圈中感應(yīng)出脈沖電流，從而完成讀操作。磁記錄格式規(guī)定了一連串的二進(jìn)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與磁層存儲元的相

54、應(yīng)磁化翻轉(zhuǎn)形式互相轉(zhuǎn)換的規(guī)則，常用的有下面幾種：(1)歸零制(RZ)。用寫電流的正脈沖表示 1,負(fù)脈沖表示0,磁層在記錄1時由無磁性 狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟硞€方向上的磁化狀態(tài)，記錄0時從未磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环较虻拇呕癄顟B(tài)。在兩個信號之間，磁頭線圈的寫電流要回到零。這種方式記錄密度低，抗干擾能力差。(2)不歸零制(NRZ)。在記錄信息時，磁頭線圈中總是有電流，不是正向電流，就 是反向電流，不需要磁化電流回到無電流的狀態(tài)。這種方式抗干擾能力強，但它沒有自同步能力。(3)調(diào)相制(PE或PM)。又稱為曼徹斯特碼。寫每個 1時，寫電流由正向負(fù)跳變一 次。寫每個0時，寫電流由負(fù)向正跳變一次。當(dāng)記錄連續(xù)的0或1時，信

55、號交界處也要翻轉(zhuǎn)一次。這種能夠方式具有自同步能力，抗干擾能力強，但是頻帶較窄。(4)調(diào)頻制(FM或FD)。在兩個信號的交界處寫電流都要改變方向，并且利用中間有無跳變來記錄1或0.這種方式具有自同步能力。磁盤是一些圓片形的磁表面介質(zhì)存儲器，其基體可以是聚酯薄膜，也可以是鋁合金。前 者較軟，稱為軟盤，目前已經(jīng)淘汰不用。后者較硬，稱為硬盤。一個硬磁盤存儲器中有一個如有幫助，歡迎下載支持!或多個盤片，這些盤片被固定在柱軸上，柱軸可以有多個，用臺號來標(biāo)識。在每個盤片上，磁介質(zhì)均勻地分布在一些同心圓上，形成一個盤面的磁道。 多個盤面中同一半徑的磁道形成一個圓柱面，圓柱面總數(shù)等于一個盤面的磁道數(shù)。磁道還可以

56、分成若干個扇區(qū)，每個扇區(qū)存放一定的數(shù)據(jù)塊。所以硬盤中的數(shù)據(jù)地址由臺號、柱面(磁道)號、盤面號及扇區(qū)號來表示。評價硬盤性能好壞，主要參照下述指標(biāo)。(1 )記錄密度。記錄密度分為道密度和位密度，道密度Di是徑向單位長度的磁道數(shù)，在數(shù)值上等于磁道距 P的倒數(shù)。位密度Db也稱為線密度，是單位長度磁道所能記錄的二進(jìn) 制信息位數(shù)，對不同磁道而言，越向外其位密度越低。(2)硬盤容量。硬盤所能存儲的字節(jié)的總量，存儲容量分為格式化容量和非格式化容 量，前者是以能夠與實際可以使用的存儲容量，比后者要小，一般是后者的80%左右。(3)主軸轉(zhuǎn)速。用平均尋區(qū)時間Twa來表示，指的是硬盤旋轉(zhuǎn)半周所用的時間。主軸轉(zhuǎn)速快，磁頭達(dá)到目的扇區(qū)的速度就快。(4)尋道時間。又稱為查找時間，指的是磁頭找到目的磁道需要的時間，它由磁盤存儲器的性能來決定，一般都在10ms以下。(5)平均存取時間。近似等于平均尋區(qū)時間和尋道時間之和。(6)緩沖存儲區(qū)大小。在硬盤內(nèi)部讀寫電路與接口之間設(shè)置一個緩沖存儲區(qū)，可以解 決二者速度不匹配的問題，從整體上提高硬盤讀寫速度。緩沖存儲區(qū)越大越好。(7)數(shù)據(jù)傳輸率。分為內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率