計算機基礎內(nèi)容提要：本章主要介紹了計算機的發(fā)展計算機的

第1章計算機基礎內(nèi)容提要：本章主要介紹了計算機的發(fā)展、計算機的基本結構、計算機的編碼和個人計算機的組成部分，著重介紹了計算機的數(shù)字編碼在計算機中的表示形式及運算。計算機中的編碼數(shù)字編碼由于二進制有很多優(yōu)點，所以計算機中的數(shù)用二進制表示，但人們與計算機打交道時仍然習慣于用十進制，在輸入時計算機自動將十進制轉換為二進制，而在輸出時將二進制轉換為十進制。為便于機器識別與轉換，計算機中的十進制數(shù)的每一位用二進制編碼表示，這就是所謂的十進制數(shù)的二進制編碼，簡稱二一"h進制編碼（BCD）。二一十進制編碼的方法很多，最常用的是8421BCD碼。8421BCD碼有十個不同的數(shù)字符號，逢十進位，每位BCD碼用四位二進制表示。例如：83.123對應8421BCD碼是10000011.000100100011同理，11110010010.00100101BCD碼對應的十進制數(shù)十792.25。表ITBCD碼表標準BCD碼寢示法十進制數(shù)標準BCD通二進制政0OOOOOOOO1OOO1OOO12OO1OOO1O3OO11OO114O1OOO1OO5O1OIO1O16011()O11O7O111Olli81OOO1OOO910()1IOOl10OOO1OOOO1O1O11OOO1()0011O1115OOO1O1O1111163OlioOO11min94iOOl()1001O1111O

字符編碼字母、數(shù)字、符號等各種字符也必須按照特定的規(guī)則用二進制編碼才能在計算機中表示。字符編碼的方式很多，世界上最普遍采用的一種字符編碼是ASII碼（美國信息交換標準碼）。ASCII碼用7位二進制編碼，它有128種組合，可以表示128種字符。包括0~9,十個阿拉伯數(shù)字字符，大、小寫英文字母（72個），常用標點符號和各種控制字符，參見附錄1。在計算機中用一個字節(jié)表示一個ASCII碼字符，最高位置為0。例如，00110000~00111001（即30H~39H）是數(shù)字0~9的ASCII碼，而0100000:01011010（即41H~5AH）是大寫英文字母A~Z的ASCII碼。詳見下表。表1-2ASCH字符表34534567891012131415位765-14321000001010Oil100101no1110000NULDLESP0@PP0001SOHDC111AQaq0010STXDC2M2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfV0111BELETB7Gwgw1000BSCAN(8HXhX1001HTEM)9IYiy1010LFSUBJZjz1011VTESC+)K1k{1100FFFS<L\111101CRGS.-M1m}1110SORS>Nt?n1111SIUS/?0I?0DEL列0?1234567漢字編碼用計算機處理漢字，每個漢字必須用代碼表示。鍵盤輸入漢字是輸入漢字的外部碼。外部碼必須轉換為內(nèi)部碼才能在計算機內(nèi)進行存儲和處理。為了將漢字以點陣的形式輸出，還要將內(nèi)部碼轉換為字型碼。不同的漢字處理系統(tǒng)之間交換信息采用交換碼。(1)外部碼漢字主要是從鍵盤輸入，每個漢字對應一個外部碼，外部碼是計算機輸入漢字的代碼，是代表某一個漢字的一組鍵盤符號。外部碼也叫輸入碼。漢字的輸入方式不同，同一個漢字的外部碼可能不一樣。目前已有數(shù)百種漢字外部碼的編碼方案，大致可以歸納為四種類型：數(shù)字嗎、音碼、形碼和音形碼。數(shù)字嗎是將漢字按照某種規(guī)律排序，然后賦予它們數(shù)字編號，這個數(shù)字編號就作為漢字的編碼。常見的數(shù)字碼，如區(qū)位碼等，這種編碼方式無重碼，可以找到其他編碼方式難于找到的漢字，但難于記憶，要有手冊備查。音碼是以漢語拼音作為漢字的編碼，只要學過漢語拼音，一般不需要經(jīng)過專門訓練就可以掌握，但是，用拼音方法輸入漢字同音字很多，需要選字，影像輸入速度，不知道讀音的漢字也無法輸入。形碼是一個漢字拆成若干偏旁、部首、字根，或者拆成若干筆畫，使偏旁、部首、字根或筆畫與鍵盤對應編碼，按字型敲鍵輸入漢字。形碼輸入漢字重碼率低、速度快，只要能看到的字行就可以拆分輸入，但必須要經(jīng)過專門訓練，并且需要記憶大量的編碼規(guī)律和漢字拆分原則。最常見的形碼方案有五筆字型碼等。音形碼是拼音和字型相結合的一種漢字編碼方案，如自然碼、錢碼等。(2)內(nèi)部碼漢字內(nèi)部碼也稱漢字內(nèi)碼或漢字機內(nèi)碼。在不同的漢字輸入方案中，統(tǒng)一漢字的外部碼不同。但同一漢字的內(nèi)部碼是惟一的。內(nèi)部碼通常使用其在漢字字庫中的物理位置標示，可以用漢字在漢字字庫中的符號或者用漢字在漢字字庫的存儲位置標示。漢字在計算機中至少要用兩個字節(jié)表示(有用三字節(jié)、四字節(jié)表示的)，在微型計算機中常用的是兩字節(jié)漢字內(nèi)碼兩字節(jié)漢字內(nèi)碼，就是漢字的國標碼(用兩個7位編碼)的兩個字節(jié)的最高位都改為“1”形成的。例如漢字“啊”，國標碼為例10000,01000001,即30H,21H；內(nèi)部碼為10110000,10100001,即BOH,A1H?在計算機中通常處理的是以ASCII碼表示的字符，一個字符在機器內(nèi)以一個字節(jié)的二進制編碼表示。實際上ASCII碼只需7位，故在計算機內(nèi)的字符編碼的最高位是“0”。由此可見，以字節(jié)的最高位是0還是1。很容易區(qū)分是ASCII字符還是漢字。（3）交換碼計算機之間或計算機與終端之間交換信息的時，要求其間傳送的漢字代碼信息要完全一致。為此，國家根據(jù)漢字的常用程度定出了一級和二級漢字字符集，并規(guī)定了編碼，這就是國標GB2312-80《信息交換用漢字編碼字符集基本集》，GB2312-80中的漢字的編碼即國標碼。該標準編碼字符集共收錄漢字和圖形符號7445個，其中包括：①一般符號202個，包括間隙符、標點、運算符、單位符號和制表符等。符號60個，包括1.?20.（20個），（1）?（20）（20個），①?⑩（10個）和（一）?（十）（10個）?數(shù)字22個，包括。?9和I?XII。英文字母52個，大、小寫各26個。⑤日文假名169個，其中平假名83個，片假名86個。⑥希臘字母48個，其中大、小寫各24個。⑦俄文字母66個，其中大、小寫各33個。⑧漢字拼音符號26個。⑨漢字注音字母37個。⑩漢字6763個。這些漢字分為兩級，第一級漢字3755個，第二級漢字3008個。這個字符集中的任何一個圖形、符號及漢字都是用兩個7位的字節(jié)表示（在計算機中當然用兩個8位字節(jié)，每個字節(jié)的最高位為1來表示）。其中漢字占6763個。第一級漢字3755個，按漢語拼音字母順序排列，同音字以筆畫順序為序；第二級漢字3008個，按照部首順序排列。GB2312-80中，7445個字符和漢字分布在87個區(qū)中，每區(qū)最多94個字符。分布情況如下：1~9區(qū)圖形字符10-15區(qū)空間未用16-55區(qū)一級漢字56?87區(qū)二級漢字在GB2312-80標準中，對每個圖形字符或漢字給出了兩種漢子代碼。一種是用兩個字節(jié)二進制數(shù)給出的國標碼（即內(nèi)部碼中所用到的）；另一種是四位十進制區(qū)位碼，其中高2位是某種字符或者漢字所在的區(qū)號，低2位是在區(qū)中的位置號。例如“啊”字的國標碼是3021H,區(qū)位碼是1601Ho

（4）輸出碼漢字輸出碼又稱漢字字型碼或漢字發(fā)生器的編碼。眾所周知,漢字無論字形有多少變化,也無論筆劃有多有少，都可以寫在一個方塊中；一個方塊可以看做m行n列的矩陣，稱為點陣。一個m行n列的點陣共有mXn個點。例如16X16點陣的漢字，共有256個點。每個點可以是黑點或者非黑點，凡是筆劃經(jīng)過的點用黑點，于是利用點陣描繪出了漢字字形，漢字的點陣字形在計算機中稱為字模。在計算中用一組二進制數(shù)字表示點陣，用二進制數(shù)1表示點陣中的黑點，用二進制數(shù)0表示點陣中的非黑點。一個16X16點陣的漢字可以用16X16=256位的二進制數(shù)來表示，這種用二進制數(shù)來表示漢字點陣的方法稱為點陣的數(shù)字化。漢字字形經(jīng)過點陣的數(shù)字化后轉換成一串數(shù)字，稱為漢字的輸出碼。 圖1T漢字“中”的16X16點陣字模同一漢字的輸出碼，即字型碼，因選擇點陣的不同而不同。一個字節(jié)包含8和二進位，所以16X16點陣漢字需要2X16=32個字節(jié)表示；24X24點陣漢字需要3X24=72個字節(jié)表示；32X32點陣漢字需要4X32=128個字節(jié)表示。點陣的行列數(shù)越多，所描繪的漢字越精細，但占用的存儲空間越多。16X16點陣基本能表示GB2312-80中的所有簡體漢字。24X24點陣則能表示宋體、楷體、黑體等多字體的漢字。這兩種點陣是比較常見的點陣，前一種一般用于顯示，而后一種一般用于打印。除此之外，還有32義32、40X40、48X48,64X64、48X72、96X96和108X108等點陣，這些主要用于印刷。1.2計算機的發(fā)展與分類計算機的發(fā)展自1946年世界上第一臺電子計算機問世以來，計算機技術得到了突飛猛記得發(fā)展。短短40多年的時間，已經(jīng)歷了四代的更替：電子計算機、晶體管計算機、集成電路計算機和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算機。20世紀80年代初日本和美國又分別宣布了第五代''非馮?諾依曼”計算機和第六代“神經(jīng)”計算機的研制計劃。計算機按其性能、價格和體積的不同，一般分為5大類：巨型機、大型機、中型機、小型機和微型計算機。微型計算機是20世紀70年代初研制成功的。一方面由于軍事、空間及自動化技術的發(fā)展需要體積小、功耗低、可靠性高的計算機，另一方面，大規(guī)模集成電路技術的不斷發(fā)展也為微型計算機的產(chǎn)生打下了堅實的物質(zhì)基礎。微處理器是微型計算機的核心芯片，通常簡稱為UP或MP(MicroProcessor)，它是將計算機中的運算器和控制器集成在一片硅片上制成的集成電路。這樣的芯片也被稱為中央處理單元，簡稱為CPU(CentralProcessingUnit)?微型計算機簡稱為UC或MC(MicroComputer)，它是有微處理器、適量內(nèi)存和I/O接口電路組成的計算機。30多年來，微處理器和微型計算機獲得了極快的發(fā)展，幾乎每兩年微處理器的集成度翻一番，每2?4年更新?lián)Q代一次，現(xiàn)已進入第六代。第一代(1971—1973年)4位或低檔8位微處理器1971年美國Intel公司研制成功的4004是集成度為2000個晶體管、片的4位微處理。1972年Intel公司推出低檔8位的8008也屬于第一代微處理器產(chǎn)品。第一代微處理器的指令系統(tǒng)比較簡單，運算能力差、速度慢(基本指令的執(zhí)行時間為10^20us),但價格低廉。軟件主要使用機器語言及簡單的匯編語言。第二代(1974—1978年)中高檔8位微處理器微處理器問世后，眾多公司紛紛研制微處理器，逐步形成以Intel公司、Motorola公司、Zilog公司產(chǎn)品為代表的三大系列微處理器。1973年到1975年，中檔微處理器以Intel8080、Motorola的MC6800為代表。1976年到1978年，出現(xiàn)高檔8位微處理器，典型產(chǎn)品位Intel8085、Z80和MC6809?第二代微處理器比第一代有了較多改進，集成度提高「4倍，運算速度提高10~15倍,指令系統(tǒng)相對比較完善，已具有典型的計算機體系結構以及中斷、存儲器直接存取(DMA)功能。軟件除匯編語言外，還可以使用BASIC、FORTRAN以及PL/M等高級語言。后期開始配上操作系統(tǒng)，如CP/M(ControlProgramMonitor)操縱系統(tǒng)，他運用于以8080A/8085A、Z80、MC6502為CPU,帶有磁盤及各種外設的微型計算機系統(tǒng)。第三代(1978—1981年)16位微處理器1977年左右，超大規(guī)模集成電路工藝研制成功，一片硅片上可集成一萬個以上的晶體管，16Kb和64Kb半導體存儲器也已出現(xiàn)。微處理器及微型計算機從第二代發(fā)展到第三代。三大公司陸續(xù)推出16位微處理器芯片，如Intel8086的集成度為29000晶體管/片，Z8000為17500晶體管/片，MC68000為68000晶體管/片。這些微處理器的基本指令執(zhí)行時間約為0.15ns。以各項性能指標看，比第二代微處理器提高了很多，己達到或超過原來中、低檔小型機的水平。用這些芯片組成的微型計算機有豐富的指令系統(tǒng)、多級中斷系統(tǒng)、多處理機系統(tǒng)、段式存儲器管理以及硬件乘除運算等。除此以外，還配備了功能較強的系統(tǒng)軟件。為方便原8位機用戶，Intel公司很快推出8088,其指令系統(tǒng)完全與8086兼容，內(nèi)部結構仍為16位，但外部數(shù)據(jù)總線是8位。并以8088為CPU組成了IBMPCPC/XT等16位機。由于其性能價格比高，很快占領了世界市場。與此同時，Intel公司在8086基礎上研制出性能更優(yōu)越的16位微處理器芯片80286,以80286為CPU組成IBMPC/AT高檔16位機。以上介紹的是16位微型計算機發(fā)展的一條途徑，即在原8位機的基礎上發(fā)展而來。另一條途徑是將已流行的16位小型計算機微型化，例如美國DEC公司將PDP-11/20微型化為LS-11,將中檔PDPT1/34微型化為LSI-23,又如NOVA機微型化為MicroNOVA等等。第四代(1985年后)32位高檔位處理器1985年，Intel公司退出了32位微處理器芯片80386。80386有兩種結構：80386sx和80386DX.這兩種的關系類似于8088和8086的關系。80386sx內(nèi)部結構為32位，外部數(shù)據(jù)總線為16位，采用80287作協(xié)處理器，指令系統(tǒng)與80286兼容。80386DX內(nèi)部結構、外部數(shù)據(jù)總線皆為32位，采用80387作為協(xié)處理器。1990年，Intel公司在80386基礎上研制出新一代32位微處理器芯片80486。它相當于把80386/80387及8KB(23X210Byte)高速緩沖存儲器集成在一塊芯片上，性能比80386大大提高。第五代(1993年后)64位高檔微處理器1993年3月，Intel公司推出64位微處理器芯片Pentium(80586,P5),它的外部數(shù)據(jù)總線為64位，地址總線為32位，內(nèi)存尋址空間為232B=4GB,工作頻率為66MHz,以它為CPU的Pentium機是一種64位高檔微機。IBNRApple和Motorola三公司合作生產(chǎn)的PowerPC芯片是又一種優(yōu)異的64位微處理器芯片，以它為CPU的微型計算機型號為Macintosho第六代(1995年后)64位高檔微處理器1995年，Intel公司推出第六代微處理器PentiumPro(P6)。它采用了0.6um工藝，集成了550萬只晶體管。它有數(shù)據(jù)線64位，地址線36位，尋找范圍為236B=64GB。工作頻率達200MHzo隨后，Intel公司陸續(xù)推出了P6的系列產(chǎn)品:PentiumII,PentiumllLPentiumW等。這些產(chǎn)品采用了多項先進技術，如：RISC技術，超級流水線技術、超標量結構技術(每個時鐘周期可啟動并執(zhí)行多條指令)、MMX技術、動態(tài)分支預測技術、超順序執(zhí)行技術、雙獨立總線DIB技術；一級高速緩沖存儲器(L1)采用雙cache結構(獨立的指令cache和數(shù)據(jù)cache)、二級高速緩沖處理器(L2)達256KB或512KB；支持多微處理器。第六代微處理器性能優(yōu)異，適應當前多媒體、網(wǎng)絡、通信等多方面的要求。隨著科學技術的發(fā)展，將會不斷的對微處理器提出新的要求，新型、新概念的微處理器定會層出不窮。微型計算機的特點和應用范圍特點：.體積小、重量輕、價格低廉.簡單靈活、可靠性高、使用環(huán)境要求不高.功耗低微型機的應用范圍：.科學計算.數(shù)據(jù)處理.辦公自動化.過程控制.輔助系統(tǒng).仿真1.2.2計算機的分類如今，微處理器的品種類以百計，用不同的微處理器為核心組裝成的微計算機種類更加繁多，將它進行分類，對用戶的設計和選用將會極為有益。按CPU的字長來分微處理器(Microprocessor)是集成在一片大規(guī)模集成電路芯片上的中央處理器，又稱MPU,簡稱MP。它具有一般CPU的功能，它的體積遠遠小于一般CPU,還具有功耗低，價和可靠性高的優(yōu)點。按MPU處理數(shù)據(jù)的位數(shù)來看，微處理器可分為4位，8位，16位和32位MPU。32位微處理器是當今較先進最流行的微處理器，它所構成的微型計算機也是當今世界最流行的較先進的微型計算機。按微計算機利用的形態(tài)分類(1)單片微計算機在一個片子上包括有CPU、RAM,ROM、以及I/O接口電路的完整計算機功能的電路。因集成度的關系，其RAMROM容量有限，I/O電路也不多，所以用于一些專用的小系統(tǒng)中。如Intel公司的MCS-48,MCS-51,MCS-98等是應用廣泛的單片微機。(2)微計算機的套件這種套件可由生產(chǎn)廠家提供，或者由設計者從市場上購買微處理器片子和可以與之相配的存儲器片、I/O接口電路片以及輔助電路、元件，自行設計或購買配套的印制板，自行安裝成滿足的微處理器系統(tǒng)。(3)單板微計算機這是在一塊印制電路板上，把微處理器、一定容量的存儲器片RAM和ROM以及I/O接口電路等大規(guī)模集成電路片子組裝而成的微計算機。通常在這塊板上還包含固化在ROM或E-PROM中的容量不大的監(jiān)控程序，并配有典型外設-如簡易鍵盤和發(fā)光數(shù)碼管做顯示器。這種單板機也可買到成套配件由用戶自己組裝而成。(4)微計算機系統(tǒng)將包含CPU、RAM、ROM和I/O接口電路的主板和其它若干塊印制電路，如存儲器擴展板，外設接口板、電源等組裝在一個機箱內(nèi)，構成一個完整的、功能更強的計算機裝置。在這類系統(tǒng)中，通常還配有硬磁盤、光盤驅(qū)動器作為外部存儲器，鍵盤、屏幕顯示終端、打印機等外部設備，并且有豐富的軟件支持。已經(jīng)進入家庭和個人辦公范圍，因而有個人計算機PC(PersonalComputer)之稱。1.3微型計算機的組成微計算機系統(tǒng)和一般電子計算機結構上的共同之處在于：他們都是由硬件和軟件兩個大部分組成，可歸納為如下頁所示的關系圖。

硬件微計算機外圍設備'硬件微計算機外圍設備內(nèi)存儲器,V0接口電路系統(tǒng)總線微計算機系統(tǒng)系統(tǒng)軟件f監(jiān)控程序操作系統(tǒng)編輯編擇程序〔診斷解釋程序軟件/機器語言程序設計語言 匯編語言［高級語言微計算機系統(tǒng)系統(tǒng)軟件f監(jiān)控程序操作系統(tǒng)編輯編擇程序〔診斷解釋程序軟件/機器語言程序設計語言 匯編語言［高級語言應用軟件，軟件包，數(shù)據(jù)庫微型計算機系統(tǒng)的硬件組成以微處理器為核心，配上只讀存儲器(ROM)、讀寫存儲器(RAM)、輸入/輸出(I/O)接口電路及系統(tǒng)總線等部件，就構成了微型計算機。所謂計算機的硬件系統(tǒng)，通俗地說就是構成計算機的看得見摸得著的部件，即構成計算機的硬件設備。例如：計算機的主機、顯示器、鍵盤、磁盤驅(qū)動器等。下列2種計算機體系結構框圖。圖1-2馮圖1-2馮?諾依曼型結構圖1-3哈佛型結構微型計算機的硬件組成部分主要有微處理器（CPU）、存儲器、I/O設備和系統(tǒng)總線。見圖1-4所示。系統(tǒng)總線包括地址總線AB、數(shù)據(jù)總線DB和控制總線CB組成。在微機中，各功能部件之間通過系統(tǒng)總線相連，這使得各個部件的之間的相互關系變?yōu)槊嫦蛳到y(tǒng)總線的單一關系。一個部件只要滿足總線標準，就可以連接到采用這種總線標準的系統(tǒng)中。地址量線AB地址量線AB顏首線CB數(shù)悒總線DB圖-4微型計算機的功能模塊微處理器 采用大規(guī)模集成技術、在一片（或幾片）芯片上集成的計算機中央處理器CPU一一大、中型計算機的中央處理器MPU（yp）——微處理器微型計算機 以微處理器為基礎，配以存儲器、輸入/輸出（I/O）接口電路以及其他配套電路構成的裸機微型計算機系統(tǒng)的軟件組成微計算機的軟件，從廣義角度來說包括各種程序設計語言、系統(tǒng)軟件、應用軟件和數(shù)據(jù)庫等。微計算機根據(jù)使用場合的不同和利用形態(tài)不同，因而設計者或生產(chǎn)廠家給它配上的軟件規(guī)模也不同。.程序設計語言程序設計語言是指用來編寫程序的語言，是人和計算機之間用來交換信息所用的一種工具，又稱編程環(huán)境，通常分為機器語言、匯編語言和高級語言三類。(1)機器語言機器語言就是能夠直接被計算機識別和執(zhí)行的語言。計算機中傳送的信息是一種用“0”和“1”表示的二進制碼，因此，機器語言程序就是用二進制代碼編寫的代碼程序。對于每種微計算機，若使用的用不同(因每種印都有自己的指令系統(tǒng))，所以使用的機器語言也就不相同。顯然，用計算機語言編寫程序，優(yōu)點是計算機認得，缺點是：直觀性差、繁瑣、容易出錯，對不同的叩的機器也沒有通用性能等，因而難于交流，在實際應用中很不方便，則很少直接采用。(2)匯編語言基于機器語言的缺點，人們想出一種辦法一用一種能夠幫助記憶的符號，即用英文字母或縮寫符號來表示機器指令，則稱這種用助記符(Memonic)表示的機器語言為匯編語言。由于匯編語言程序使用這種幫助記憶的符號指令匯集而成的，因此程序比較直觀，從而易記憶、易檢查、便于交流。但是用助記符指令編寫的匯編語言程序(又稱源程序)計算機是不認得的：匯編語言源程序必須要翻譯成與之對應的機器語言程序(又稱目標程序)后，計算機才能執(zhí)行。擔任翻譯加工的系統(tǒng)軟件稱為匯編程序(Assembler)。沒有匯編程序的機器，對源程序的翻譯可由人工來進行，這種翻譯稱為“手編”或人工代真，也可再用相同用的配有匯編程序的另外機器上去翻譯成目標程序后，再送回本計算機執(zhí)行。由于匯編語言的符號指令與機器代碼是一一對應的，從執(zhí)行的時間和占用的存儲空間來看，它和機器語言一樣是高效率的，同時也因計算機所用的叩不同而異。機器語言和匯編語言都是面向機器的程序設計語言,又稱初級語言，使用它便于利用計算機的所有硬件特性，是能直接控制硬件的一種語言。(3)高級語言又稱為算法語言。為了從根本上克服初級語言的缺點，一方面為了使程序設計語言適合于描述各種算法，使程序設計中所用語句與實際問題更接近；另一方面也為了使程序設計可以脫離具體的計算機結構，不必了解其指令系統(tǒng)，這就出現(xiàn)了各種高級語言。用高級語言編寫的程序通用性更強。BASIC,FORTRAN,PASCAL,COBOL和C都是常用的高級語言。高級語言程序計算機也不認得,用高級語言編寫的源程序仍需翻譯成機器語言表示的目標程序，計算機才能執(zhí)行，這就需要各種解釋程序或編譯程序。其過程在算法語言課程中已有介紹，本課程不再贅述。綜上所述，匯編語言和高級語言各有所長。用高級語言雖然可以大大減少程序編制的時間，但卻得不到最有效的目標程序。與由高級語言源程序編譯產(chǎn)生的目標程序相比較，熟練的程序員用匯編語言源程序翻譯得到的機器代碼，一般能節(jié)省儲存空間，執(zhí)行速度更快，在要求高效率、儲存容量有限的應用中是常采用的一種語言。匯編語言離不開CPU指令系統(tǒng)，通過它有助于了解微型計算機工作原理。本課程以匯編語言為主，闡明編程原理和方法。.系統(tǒng)軟件僅有硬件的裸機，自然不能發(fā)揮計算機的作用，就是你選用了最合適的語言也無法使計算機運轉。為此，還必須有系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件是由機器的設計者提供給用戶的，是指為了方便用戶和充分發(fā)揮計算機效能的一系列程序。人就是通過這些程序來使用機器的。系統(tǒng)軟件是各種應用程序的支持軟件，包括監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)、匯編程序、解釋程序、編譯程序、診斷程序等。(1)監(jiān)控程序又稱管理程序。在單板微計算機上常配有1?2K字節(jié)的監(jiān)控程序，通常固化在內(nèi)存ROM中，又稱“駐留”(Residend)軟件。其主要功能是：對主機和外部設備的操作進行合理的安排，接受分析各種命令，實現(xiàn)人機聯(lián)系。在它的支持下，可以在RAM中存放機器語言程序代碼和數(shù)據(jù)代碼，或者對它們進行修改，從任何要求的程序點上執(zhí)行機器語言程序，由存儲器送出計算結果等調(diào)試工作。通常在監(jiān)控程序中還包括一些可供用戶條用的有用子程序。如TP801單板機的監(jiān)控程序叫做TPBUG。(2)操作系統(tǒng)(0.S)操作系統(tǒng)是在程序管理基礎上，進一步擴充許多控制程序所組成的大型程序系統(tǒng)。其主要功能有：合理地組織整個計算機的工作流程，管理和調(diào)度各種軟、硬件資源一包括CPU、存儲器、I/O設備和軟件，檢查程序和機器的故障。用戶通過操作系統(tǒng)便可方便的使用計算機。操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的指揮調(diào)度中心。從廣義來講，操作系統(tǒng)應包括引導程序、監(jiān)控程序、輸入/輸出驅(qū)動程序、連接程序、編輯程序、匯編程序、解釋程序、編譯程序、數(shù)據(jù)庫等，是各種語言程序的運行環(huán)境。有了操作系統(tǒng)的微計算機系統(tǒng)的所有資源都將有操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理起來,用戶并不必過問各個部分資源的分配使用情況，而只是通過使用它的一些命令就行了。例如：通過使用它的實用程序命令就可調(diào)用各種語言。因此，可以說操作系統(tǒng)是用戶和裸機間的接口。微計算機系統(tǒng)常用的操作系統(tǒng)有以下幾種：CP/M(ControlProgram/Monitor)它是較早的微機操作系統(tǒng)，是一種單用戶單道程序的小型操作系統(tǒng)，它允許用戶通過控制臺或鍵盤對系統(tǒng)進行控制和管理，它僅有磁盤文件管理系統(tǒng)。MS-DOS(Microsoft-DiskOperatingSystem)是美國Microsoft公司開發(fā)的通用16位單用戶磁盤操作系統(tǒng)，主要包括文件管理和外設管理的操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)吸收了CP/M及其他操作系統(tǒng)的長處，結構優(yōu)良，軟件上的互換性強，是IBM-PC機的主要操作系統(tǒng)。UNIX是Bell實驗室提供的一種分時操作系統(tǒng)，是16位為計算機的標準操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)通常放在軟磁盤或硬磁盤中，容量為十幾K?幾十K字節(jié)。(3)匯編程序匯編程序的功能是把用匯編語言編寫的源程序翻譯成機器語言表示的目標程序。匯編語言可存放在內(nèi)存的ROM中，稱為駐留的匯編程序。具有駐留程序的微計算機可直接把匯編語言源程序翻譯成機器語言的目標程序；匯編語言也可存放在磁盤上，使用這種匯編程序時，應在操作系統(tǒng)支持下，先把匯編程序調(diào)入內(nèi)存，然后才能用匯編語言源程序進行翻譯加工，得到機器語言的目標程序。(4)解釋程序解釋程序的功能是把用某種程序設計語言的源程序(如BASIC程序)翻譯成機器語言的目標程序。并且本著翻譯一句就執(zhí)行一句的原則，做到邊解釋邊執(zhí)行。(5)編譯程序編譯程序能把高級語言(如FORTRAN等)編寫的源程序翻譯成機器語言的目標程序。(6)實用程序用匯編程序和編譯程序的程序設計語言，當編好程序后，還需要對程序進行編輯、調(diào)試并將程序裝配到計算機中去執(zhí)行：在這些過程中，還需要一些其他的輔助程序，這類輔助程序稱為實用程序。為計算機系統(tǒng)常用的實用程序有：文本編輯程序、連接程序、定位程序和調(diào)試程序。文本編輯程序(EDITOR)是軟件編制開發(fā)的一種工具。在它的管理控制下，程序員可通過鍵盤/屏幕終端(CRT終端)輸入源程序，然后存入磁盤，生成文本文件，并由它對生成的文本文件進行編輯一如增補、刪除、修改等。微計算機常采用模塊結構方式進行程序設計。模塊程序允許將一個大的程序分為若干個獨立的模塊進行編程。各模塊經(jīng)匯編后，得到各自獨立的的目標程序。這些目標程序都是具有浮動地址格式的機器語言程序，還不能被機器執(zhí)行。連接程序的功能就是把各個獨立的具有浮動地址的機器語言模塊組合起來，形成一個完整的輸出程序，再由定位程序把存儲器單元分配給目標模塊，這時的輸出程序方能有計算機執(zhí)行。一個程序編好以后，必須要進行調(diào)試。一般語法上的錯誤在匯編、編譯和鏈接過程中可以排除，而大部分錯誤還必須用調(diào)試手段來進行排除。調(diào)試程序(Debug)的任務就是用來對程序錯誤進行糾錯的。(7)診斷程序診斷程序的功能是用來檢查程序的錯誤或計算機故障的，并由它之處出錯的地方。.應用程序應用程序是用戶利用計算機提供的各種系統(tǒng)軟件，為解決各種實際問題而編制的程序，隨著計算機的廣發(fā)應用和普及，現(xiàn)已編制出許多應用程序，這些應用程序可按功能組成不同的程序包(RoutinePackage),以減少重復的編程工作。.數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)隨著計算機硬件和軟件的發(fā)展，微計算機在硬件處理、情報檢索以及各種管理系統(tǒng)中的應用越來越普及和深入。在這樣的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，需要處理大量的數(shù)據(jù)，檢索和建立大量的各種各樣的表格，這些數(shù)據(jù)和表格按一定的形式和規(guī)律加以組織，建立數(shù)據(jù)模型，實行集中管理，于是就建立了數(shù)據(jù)庫(簡稱DBASE)為了便于用戶根據(jù)需要建立自己的數(shù)據(jù)庫，對庫中的內(nèi)容進行詢問、顯示、修改以及輸出打印各種表格等等，這就建立了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS(DATABASEManagementSystem).DBASEII、DBASEHI和FOXBASE都是使用方便而得到普遍采用的軟件。

上述各種形式的程序統(tǒng)稱為軟件。沒有軟件的計算機稱裸機，裸機不能提供使用。相反,豐富的軟件是對硬件功能的強有力擴充。將各種程序存儲在各種存儲介質(zhì)，例如ROM芯片、紙帶、卡片、磁帶、磁盤等中，可構成商業(yè)化的軟件產(chǎn)業(yè)。微處理器、微型計算機、微型計算機系統(tǒng)算術邏輯部件ALU|寄存器組r1[拄制器CU||內(nèi)部總線||寄存器組r1[拄制器CU||內(nèi)部總線|［存儲器M(RO"RAM)|，入/，出接口?型計輯機系燒總紇|外四設備系統(tǒng)訪一;*型計算機系裁用戶應用軟件系統(tǒng)軟件

硬件系統(tǒng)微處理器、微型計算機和微型計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)的功能模型微處理器、微型計算機和微型計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)的功能模型圖―5計算機系統(tǒng)組成1.3.3主要性能指標和常用術語.位、字節(jié)、字及字長是計算機常用的名詞術語⑴位(Bit)“位”是指一個二進制位。它是計算機中信息存儲的最小單位，一般用b表示。(2)字節(jié)(Byte)“字節(jié)”是指相鄰的8個二進制位。1024個字節(jié)構成1個千字節(jié)，用KB表示。1024KB構成1兆字節(jié)，用MB表示。1024MB構成1個千兆(吉)字節(jié)，用GB表示。B、KB、MB、GB、都是計算機存儲器容量的單位。(3)字(Word)和字長“字”是計算機內(nèi)部進行數(shù)據(jù)傳遞處理的基本單位通常它與計算機內(nèi)部的寄存器、運算裝置、總線寬度相一致。一個字所包含的二進制位數(shù)稱為字長。常見的微型計算機的字長有8位、16位、32位和64位之分。但是，目前在PC機中，把字(Word)定義為2字節(jié)(16位)，雙字節(jié)(DoubleWorld)為4字節(jié)(32位)，四字節(jié)(QuadWord)為8字節(jié)(64位)。.存儲容量：存儲單元以字節(jié)為單位。存儲容量是指CPU構成的系統(tǒng)所能訪問的存儲單元數(shù)。通常由地址總線AB的寬度決定。如AB=16,所能尋訪的地址碼有*=65536種，因此可區(qū)分65536個存儲單元。計算機中2'°=1024規(guī)定為1K,則2彩=65536=64KB,220=1024KX1024K=1MB(兆)，230=1024KX1024KX1024K=1GB?3.指令計算機能夠識別和執(zhí)行的基本操作命令。計算機指令有兩種表示方式:機器碼和助記符。機器碼又稱指令碼，是機器能夠接受的指令，但設計人員使用不便。助記符便于編寫程序，在運行前須轉換為機器碼。通常一條指令由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。前者說明進行何種操作，后者指出參與操作的數(shù)據(jù)的來源。指令系統(tǒng)：一臺計算機所固有的基本操作指令的集合。.指令系統(tǒng)計算機所能執(zhí)行的全部指令的集合，稱為該計算機的指令系統(tǒng)。微處理器的主要功能是由它的指令系統(tǒng)來體現(xiàn)的，不同的微處理器有不同的指令系統(tǒng)，其中每條指令對應著微處理器的一種基本操作。計算機的指令系統(tǒng)一般含有幾十到幾百條指令。.程序:為完成某一任務所作的指令(或語句)的有序集合稱為程序。.運算速度：計算機完成一個具體任務所用的時間就是完成該任務的時間指標，計算機的速度越高，時間越短。以每秒執(zhí)行基本指令的條數(shù)來大致反映計算機的運算速度。單位為百萬條指令/秒(MIPS)o另一個衡量指標是計算機的主頻，即CPU的時鐘頻率，單位為兆赫(MHz)或吉赫(GHz)。.CISC和RISC

CISC技術和RISC技術是以計算機指令系統(tǒng)的優(yōu)化方法來分類而形成的技術概念，它們代表著目前計算機指令系統(tǒng)的兩個截然不同的優(yōu)化方向。優(yōu)化方法之一是增強計算機指令系統(tǒng)的功能，即設置一些功能復雜的指令，把一些原來由軟件實現(xiàn)的，常用的功能改用硬件的指令系統(tǒng)實現(xiàn)，以提高計算機的執(zhí)行速度，這種計算機系統(tǒng)就被稱為復雜指令集計算機（ComplexInstructionSetComputer）,簡稱CISC另一種優(yōu)化方法是在80年代才發(fā)展起來的，其基本思想是盡量簡化計算機指令功能,只保留那些功能簡單、能在一個節(jié)拍內(nèi)執(zhí)行完成的指令，而把較復雜的功能用一段子程序來實現(xiàn)，這種計算機系統(tǒng)就被稱為精簡指令系統(tǒng)計算機（壓縮指令系統(tǒng)計算機），即（ReducedInstructionSetComputer),簡稱RISCoRISC具有簡單的指令集，指令少、指令碼等長，尋址方式少、指令功能簡單；通過簡化計算機指令功能，使指令的平均執(zhí)行周期減少，從而提高計算機的工作主頻。同時CPU配備大量的通用寄存器（常稱為寄存器文件registerfile）,以編譯技術優(yōu)化寄存器的使用，來提高子程序執(zhí)行的速度。強調(diào)對指令流水線的優(yōu)化,采用超標量和超級流水線。所以一般RISC計算機的速度是同等CISC計算機的3倍左右。.流水線技術流水線技術是一種同時進行若干操作的并行處理方式。類似于工廠的流水作業(yè)裝配線。在計算機中把CPU的一個操作（分析指令，加工數(shù)據(jù)等）進一步分解成多個可以單獨處理的子操作，使每個子操作在一個專門的硬件上執(zhí)行，這樣，一個操作需順序地經(jīng)過流水線中多個硬件的處理才能完成。但前后連續(xù)的幾個操作可以依次流入流水線中，在各個硬件間重疊執(zhí)行，這種操作的重疊提高了CPU的效率。⑴標量流水工作原理通常CPU按順序方式執(zhí)行指令，執(zhí)行完一條指令后，才取出下一條指令來執(zhí)行，而且,一條機器指令內(nèi)各個微操作也是順序串行執(zhí)行的。順序執(zhí)行的優(yōu)點是控制簡單，但機器各部分的利用率不高。假如把兩條指令或若干條指令在時間上重疊起分析K執(zhí)行K分析K+1假如把兩條指令或若干條指令在時間上重疊起分析K執(zhí)行K分析K+1執(zhí)行K+1來將大幅度提高程序的執(zhí)行速度。圖16示出了一分析K+2 執(zhí)行K+2次重疊方式。所謂“一次重疊”指的是任何時候都圖1-6 一次重疊方式只是“執(zhí)行K”與“分析K+1”重疊。由于這兩個子過程是分別由分析和執(zhí)行兩個獨立部件實現(xiàn)的，所以就不必等待上一條指令的“分析”、“執(zhí)行”子過程都完成后才送入下一條指令，而是可以在上條指令的“分析”子過程結束，轉入“執(zhí)行”子過程時，就可接收下一條

指令進入“分析”子過程。這樣，機器的吞吐率（這里指單位時間內(nèi)機器所能處理的指令數(shù)或是機器能輸出的結果數(shù)量），就由于把執(zhí)行一條指令的過程分解成二個子過程而提高一倍。顯然，上述“重疊”和“流水”在概念上是密切聯(lián)系的?？梢赃@樣看：“一次重疊”和“流水”的差別在于前者把一條指令的執(zhí)行過程只分解為二個子過程，而后者則是分解成更多個子過程。也就是說，標量流水是重疊方式的進一步發(fā)展。若把執(zhí)行一條指令分解成“取指令碼”、“指令譯碼”、“取操作數(shù)”和“執(zhí)行”子過圖1-7指令執(zhí)行時空圖程，則指令執(zhí)行時空圖如圖1-7所示。當流水線正常流動時，是每隔At（=ti+l-ti）會流出一個結果；然而，在指令剛開始流動時，情況并不如此，由圖可看出，在t4之前（即首條指令流入后的4Z\t圖1-7指令執(zhí)行時空圖以上討論的是指令執(zhí)行流水線，經(jīng)常采用的還有運算操作流水線，在這種流水線中，把運算操作分成幾個子過