第1章計算機基礎(chǔ)2

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刖百

現(xiàn)代計算機是在微電子學(xué)高速發(fā)展與計算數(shù)

學(xué)日臻完善的基礎(chǔ)上形成的，可以說坂代計算機

是微電子學(xué)與計算數(shù)學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。微電子學(xué)

的基本電路元件及其逐步向大規(guī)模發(fā)展的房成電

路是現(xiàn)代計算機的硬件基礎(chǔ)，而計算數(shù)學(xué)的數(shù)值

計算方法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)則是現(xiàn)代計算機的軟件基礎(chǔ)。

本章只是簡要地闡述最主要的數(shù)學(xué)知識。對

于已學(xué)過這些知識的讀者，本章將起包復(fù)習(xí)和系

統(tǒng)化的作用。對于未曾接觸過這些內(nèi)容誦讀者，

本章的內(nèi)容是必要的入門知識，因為這些內(nèi)容都

是以下各章的基礎(chǔ)。本章的目的是使本書能可多自

成系統(tǒng)，讀者不必依賴于更多的參考書籍。

第1章計算機基礎(chǔ)知識

?1.1計算機發(fā)展概述

?1.2運算基礎(chǔ)

?1.3計算機系統(tǒng)的組成及程序執(zhí)君過程

習(xí)題

1.1計算機發(fā)展概述

電子計算機是一種不需要人的直接干預(yù)就能夠高

速自動地進行算術(shù)和邏輯運算的電子裝置。

-、計算機的發(fā)展概述

以電子器件為標(biāo)志劃分

第一代：1946-1958電子管計算機。磁鼓存儲器

機器語言、匯編語言編程。體積大，耗電多。主

要用于科學(xué)、軍事。1

世界上第一臺數(shù)字計算機ENIAC。

第二代：1958-1964晶體管計算機。磁芯作主存

儲器，磁盤作外存儲器，異始般用高級語言編

程。

第三代：1964-1971集成電路計算機\”用半導(dǎo)

體存儲器，出現(xiàn)多終端計算機和計算網(wǎng)絡(luò)。

第四代：1971-1992大規(guī)模集成電路計.機。

出現(xiàn)微型計算機、單片微型計算機，外部設(shè)備

多樣化。W

第五代：1992-人工智能計算機。模擬人的智

能和交流方式。

1946年由美國賓夕法尼亞大學(xué)研制ENIAC(Electronic

NumericalIntegratorAndcalculator),運算速度5000

次/秒，功耗150kw/h,占地170m2,造價100萬美元。；

微型計算機的發(fā)展概況

第一代微處理器：1971-1973。代表產(chǎn)品

Intel4004,8008o前者為4位機，后者為8位機。

集成度約為2000管/片，時鐘頻步為1MHz,指令

周期為20uS。

第二代微處理器：1973T975Intel8080,M6800,

8位機5000管/片，2MHz,2uS

第三代微處理器：1975T977Intel8085,Z80,

M6802,8位機1萬管/片，2.5-5MHz,luS

第四代微處理器:第78-1980Intel8086,Z8000,

M6809,16位機3萬管/片，5MHz,0.5uS

第五代微處理器：1980以后等，16位機10萬管

/片，10MHz,0.2uS

1983以后Intel80386,Motorola68020,32

位機15-50萬管/片，16MHz,0.luS

新的一代微型計算機同前一代微型計算機相

比，集成度、時鐘頻率等均有大幅提高，另外，

還采取了一些新技術(shù)。如：超標(biāo)量流水線、高速

緩存等。

力盛理的是非連續(xù)變化的數(shù)據(jù)，在時而1

一是離散的,輸入杲數(shù)字量，輸出比

機有底質(zhì)和顯示的是連續(xù)的物理量,數(shù)更、

的類用模擬信號（模擬量）來表示，基本

運算部件是由運算放大器構(gòu)成的各類

進行、.-----k?__?__*k*__kA?-配"*_

處尸素有數(shù)字和模擬兩種計算機的優(yōu)點,

4

、1

既能接受、輸出和處理模擬量，又能

數(shù)字」產(chǎn)受、輸出和處理數(shù)字量。

一

模擬【

I1

數(shù)?；旌嫌嬎銠C

按計算機使用范圍分類

通用計算機

"專用產(chǎn)寤嬴決各種問題，具有較強的通用性而

按計拿設(shè)*用算機。適用于一般的科學(xué)計算、

■巨型1S程設(shè)計和數(shù)據(jù)處理等廣泛用

和特殊應(yīng)用而設(shè)計的計算機「

Z廠向互算速度快、外部存儲容量大，運算最「

可達1億次/秒以上，主存容量高達幾百兆字

節(jié)甚至幾百萬兆字節(jié)，字長可達32位的機器。

價格相當(dāng)昂貴，主要用于復(fù)雜、尖端的科學(xué)

尸域’特別是軍事科學(xué)計巢

按字長分類：

4位機、8位機、16位機、32位機、64位機

按結(jié)構(gòu)分類：

位片機：只有一位\

單片機：一塊芯片中包含運算器、控制器、存儲

器和輸入/輸出接口。

單板機：CPU,存儲器，I/O接口，鍵盤及顯示

電路制作在一塊印刷線路板上。

微機系統(tǒng)：運算器和控制器為核心，加上由大規(guī)模

集成電路制作的存儲器、輸入/輸出接口和

系統(tǒng)總線，再配以相應(yīng)的外部設(shè)備（例如，

鍵盤、顯示器、鼠標(biāo)、打印機）、電源、輔

助電路和控制微機工作的軟件

四、計算機的應(yīng)用

舉例

五、計算機技術(shù)的發(fā)展趨勢

>兩極化

>多媒體技術(shù)

>網(wǎng)絡(luò)化

>智能化

>非馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)

1.2運算基礎(chǔ)

一、進位計數(shù)制

＞按照進位的方法進行計數(shù)，稱為進位計數(shù)制。

常見的進位計數(shù)制有：二進制、次進制、十進

制、十二進制、十六進制等等。

AR進制數(shù)的特點：

1、具有R個不同的數(shù)符。0,1,2,…,R.l』

2、逢R進一。

A進位計數(shù)制的一般表達式（按權(quán)展開式）:

R進制數(shù)的表示方法，任一R輸瞥可表示為

S=an_1an_2...a1a0.a“…+a_m位置表示法

n-11-1-m

=an.1R+...+atR+a0R°+a.,R...+a.mR

（按權(quán)展開式）、

其中:如：R進制中的數(shù)字符號]]

R：基數(shù)I

Ri：位權(quán)，簡稱權(quán)

1.十進制ND

特點:⑴有十個數(shù)碼:I

(2)逢十進一I

加權(quán)展開式以10為基數(shù)，各位系數(shù)為。?9。、

nln2

ND=dn.iX10+dn_2X10-+.?.+doX10°+

d]X10-i+.?.

32x

例:(1234.5)10=1X1O+2X10+3X10+4X10°

+5XIO1

2.二進制NB

特點：(1)兩個數(shù)碼：

(2)逢二進一

加權(quán)展開式以2為基數(shù)，各位系數(shù)諷1。

1

于=bn/X2-+bn-2X2n”+...+b0X20

+b-]X2」+…

例：1101.101B=IX23+lX22+0X2T+1X2°+

1X24+lX2?3

3.十六進制NH

特點：（1）十六個如?F

（2）逢十六進一。I

展開式以十六為基數(shù)，各位系數(shù)為0?9,A?F。

n2

NH=4/義16%1+hn_2X16-+...+h0X16°+

h]X16i+.??

例：DFC.8H=13X162+15X161+12X16°+8X例”

注意：不同進位制數(shù)以后綴區(qū)別,十進制數(shù)可不

帶后綴?；蚣永ɑ?，再在括弧之后注明。W

-101、101D、101B、101H、101H

-QO）io、（HO）、（345%6

二、不同進位計數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

1.二、十六進制數(shù)轉(zhuǎn)嬴t進制數(shù)

方法：先將二、十六進制數(shù)按權(quán)展開，然后按照

十進制運算法則求和。

舉例：

1O11.1O1OB=1X23+1X241X2°+1X2A+1X20

=(11.625%

DFC.8H=13X162+15X16T+12X16°+8X161

=(358O.5)io

2.十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進制

方法：整數(shù)部分，除基取余；小數(shù)部分，乘基取整

例：乩以小數(shù)部分,

b.2（直至小數(shù)為0或達到轉(zhuǎn)換精度要求

的位數(shù)。每乘一次取一次整效，

例：a.（總處癡|修，刷最集扁數(shù)回一

b.0.625D轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)

0.625X16=10.00.625D=0.AH

c.208.625D轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)］

208.625D=D0.AH

3.二進制與十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

由24=16可知四位二進制軻應(yīng)一位十六進制數(shù)。

例：3AF.2H

=00H10101111,0010=1110101111.0016

3AF2

1111101.11B=01111101,1100=7D.CH

7DC

二進制轉(zhuǎn)換為16進制時，整數(shù)部分從最低位進行

劃分，每4位二進制數(shù)為一組，不足4位的，最高位

補零；小數(shù)部分從最高位進行劃分，每4位二進制數(shù)

為一組，不足4位的最低為補零W

4.二進制數(shù)的算術(shù)運算

三、計算機中的編碼系統(tǒng)

數(shù)字系統(tǒng)中的信息有晟y類是數(shù)碼信息，

另一類是代碼信息°數(shù)碼信息就裊（數(shù)字系統(tǒng)中進

行運算、存儲和傳輸?shù)臄?shù)侑。為了品孑符等一類

被處理的信息，也需要用一定位數(shù)的二在制數(shù)碼表

示，這個特定的二進制碼稱為代碼。注意,J代碼”

和“數(shù)碼”的含義不盡相同，代碼是不同信息的代

號，不一定有數(shù)的含義。一般地一個碼字是由若干

信息位組成的，每位有0和1兩種代碼。n位代碼可

以組合成2n個不同的碼字，即它們可以代表2n種不

同信息。

1、二進制編碼的十進制數(shù)

BCD碼(BinaryCodedDecimal)

特點：

(1)BCD碼有十個不同字符，逢十進一，是

十進制數(shù)。

(2)每一位十進制數(shù)用4位二進制編向表示,

是二進制編碼的十進制數(shù)。

(3)直觀。

TOTOTOOO

GOTOTOOO

TTOOTOOO

OTOOTOOO

TOOOTOOO

OOOOTOOO

TOOTL6

OOOT

TTTO

OTTO

TOTO

OOTO

TTOO

OTOO

TOOO

0000

feicoafi碧原上

例：求十進制數(shù)876的BCD碼

876.7=(100001110110.0111)RCD

876=36CH=1101101100B

注意：BCD碼―，十進制碼——＞二證制X

除BCD編碼外，還有其他二進制編碼的十進

制數(shù)。如余3碼、余3循環(huán)碼等。

2、字符編碼（ASCII碼AmericanStandard

CodeForInformationInterchange,美國標(biāo)準(zhǔn)

信息交換碼）

可表示128種字符的7位基本ASCII碼和可表示

256種字符的8位擴充ASCH碼（可重新定義）。

字符可分為：顯示字符和控制字符。

見P345附錄C'

0—9：ASCII碼30H—39H

A—Z：41H—5AH

■

a—z：61H—7AH

列仃000001010Oil100101110111

0000飛ULDLESPQ@P、p

0001SOHDC1!1AQaq

0010STXDC22BRbr

0011ETXDC3#3cScs

0100EOTDC4$4DTdt

0101ENQNAK%5EUeu

0110ACKSYN&6FVfV

0111BELETB7GWgW'

1000BSCAN(8HXhX

1001HTEM)9IYy

*?

1010LFSUBJZjz

1011VTESC+*K[k(

1100FFFS<L\]1

—

1101CRGSM1m}

1110SORS?>Ntn

nilSIUS/?O0DEL

3、帶符號數(shù)的表示方法

(1)機器數(shù)與真值

機器數(shù)：計算機中數(shù)的表示形弋以二進制的形

式表示，位數(shù)通常為8的倍數(shù)、般數(shù)的最高

位作符號位，“0”表示“+”，“I”表示

真值：機器數(shù)所代表的實際數(shù)值?？捎茫齋進制

表示，也可用其他進制表示。

舉例：一個8位機器數(shù)與它的真值對應(yīng)關(guān)系如下：'

真值：Xl=84=+1010100BX2=84=1010100B

機器數(shù)：61]機=01010100B[X2]a=11010100B

(2)計算機對有符號數(shù)的三種表示方法

?原碼(TrueForm)

定義：正數(shù)符號位為0,負(fù)數(shù)為1,數(shù)值位保持不變

例：X=124[X]原=01111100(8位)

Y=124[Y]原=11111100(8位)

8位數(shù)的范圍:-127?+127(-(27-l)^2M)

11111111^01111111

16位數(shù)的范圍：-32767?+32767

特點：(1)能表示兩個0,0+=00000000

0_=10000000

(2)和真值近似，一目了然

?反碼(One'sComplement)

定義：正數(shù)的反碼與原碼表示相同。

負(fù)數(shù)反碼符號位為L數(shù)值位為原碼數(shù)值

各位取反。

例：8位反碼機器數(shù)：

x=4：[x]原=00000100國反=00000100

x=-4：岡原=10000100國反=11111011

x=100：[x]原=01100100[x]反=01100100

x=-100：國原=11100100國反=10011011

[0+]反=00000000[0?]反=11111111

[-127]10000000

補碼(Two^Complement)

1.模——計數(shù)系統(tǒng)的量涯、

定義：假定有n位二進制計數(shù)或、其計數(shù)范圍為

0~(2"-1),在該計數(shù)器上加2n與減/型不變，稱

2n為n位計數(shù)系統(tǒng)的模。

舉例：時鐘系統(tǒng)的“?！睘?2?

數(shù)字系統(tǒng)中的計數(shù)器

例：8位寄存器，模256W

100-50=100-50+256=100+206

補碼的引入：

假設(shè)當(dāng)前時間為7點整；哽表顯示為9點整，為校

準(zhǔn)鐘表可采用以下方法:

?將時針倒轉(zhuǎn)2圈，即：9-2=7

A將時針正傳10圈，即：9+10=7+12（模舍棄）、

可見，倒轉(zhuǎn)兩圈和正轉(zhuǎn)十圈作用相同，對于時鐘系

統(tǒng)來說我們稱?2和10為互為補碼。

即：[2]補=10

9+[-2]#=9+10=7+12

數(shù)學(xué)定義：

如果a和b滿足aMODM=（n*M+b）MODM

（n為正整數(shù)，M為模），就稱訕［p同余或a和

b互為補數(shù)。

結(jié)論：一個計數(shù)系統(tǒng)，某數(shù)加（減）其模、結(jié)果

不變。

2.補碼

定義：正數(shù)一同原碼。、

負(fù)數(shù)一其對應(yīng)的原碼森符苫位外求反加1。

例：求8位補碼機器數(shù)：

x=+4［乂］原=［乂］反=［乂］補=00000100

x=-4［x］原=10000100

［x］反=11111011［x］補=11111100

［-100］原=11100100［-100］補=10011100

補=補

［0-］#=11111111+1=00000000=［04［0］

卜127］補=10000001卜128］補=10000000

特點：

(1)僅一個0

(2)8位：-128?+12716位：-32768?+32767

-2n-1?2n-1-l

(3)符號位為0,正數(shù)，其余位是數(shù)

符號位為1,負(fù)數(shù)，其余位按位取反

采用補碼，可把減法轉(zhuǎn)換為加法：\

X=64-9=64+(-9)

補」補

[x]64]+[-9]#=01000000+11110111

三種表示方式的比較：

表示范圍：原碼：?1272I

反碼：-127?+127

補碼：-128?+127

信息的冗余性：原碼、反碼存在冗余編碼，補碼

不存在冗余編碼

運算的繁簡程度：』

原碼、反碼對加減法需要進行不同的計算、

補碼對加減法只需進行加法運算即可。

4、機器數(shù)與真值之間的轉(zhuǎn)換

(1)真值一機器數(shù)

以下各例均為8位二進制數(shù)

1)Xl=+127,X2=-127,求［X］原、兇補

［XI］原=［X1］補=O1U1U1B=7FH

［X2］原=11111111=FFH

［X2］補=10000001=81H

2)xl=+37,x2=-37,求國原,［x］補

61］原=［XI］補=00100101=25H

62］原=10100101=A5H［X2］補=11011011=DBH

3)xl=+45,x2=-45,求［x］原,［x］補

61］原=［XI］補=00101101=2DH

62］原=10101101=ADH［X2］^=11010011=D3H

(2)機器數(shù)T真值

火注意機器數(shù)表亦便碼、反碼、補碼)

火注意機器數(shù)符號位

1)[Xig=59H,[X2L=D9H,求真值？

[XI]原=01011001=+89

[X2]原=11011001:89

2)區(qū)1]補=5911,江2]補=口911,求真值？

Xl=+1011001B=+89

X2=10100111B=-39

5、運算方法

計算機內(nèi)部對于加減法棗算采用相同的運算器

（加法器）進行計算，即：將參與運算的各數(shù)值轉(zhuǎn)換

為補碼進行加、減運算，最高位作為數(shù)值直接參與運

算,變減法為加法運算。

1.補碼加法運算：［X+YM=［X］補+［丫］補

例：Xl=+13,Yl=+6,X2=-13,Y2=-6

求［X1+Y1］補、［X2+Y2］補

解：先求［XI］補、［Yl］補、［X2］補、［Y2］補

00001101［+13k11110011［-13］補

+00000110［+6］補++111010卜6］補

00010011［+1嗎111101101卜19］補

2.補碼減法運算［X?Y1『［X］補?［Y］補=［X］補+［?丫］補

例：Xl=+6,Yl=+8,X2=?6,Y2=-8,

求XLY1、X2-Y2

解：求［XI］補、［Y1］補、卜丫1］補、［X2］補、［Y2］補、卜丫2］補

00000110［+6］補11111010［?6］補

+11111000卜(+8)］補+00001000［玉8)］補

11111110［?2］補100000010［+2］補

3、無符號數(shù)加減運算

法則：加法運算，直接相加；減法運算，變補相加。

例:X=150=96H,Y=10=0AH,計算

X+Y=?X-Y=?

1001011015010010110150

+00001010+10+11110110

10100000160110001100140

機器數(shù)無符號數(shù)補碼

10010110150-106

+00001010+10+10

10100000160-96

總結(jié)：通過上例可以看出，計算機只是按照補碼

的運算規(guī)則進行加減法注算、其無法判斷

出參與運算的數(shù)據(jù)究竟是有符號數(shù)還是無

符號數(shù)。

四、數(shù)的定點與浮點表示

1、定點數(shù)

計算機中對小數(shù)點位置采用固定位置的方法來表

示小數(shù)。運算簡便，表示范圍小

1）定點整數(shù)：小數(shù)點固定在數(shù)值位之后

2）定點d、數(shù)：小數(shù)點固定在數(shù)值位之前符號位之后

格式符號位數(shù)值部分（尾數(shù)）

小數(shù)點在此為小數(shù)點在此為

定點小數(shù)定點整數(shù)

例1：求定點機器數(shù)5AH(01011010)表示的真值。

定點整數(shù)表示的真值：+1011011

定點小數(shù)表示的真值：+0.101101^^^

例2：求定點機器數(shù)A5H(10100101)表示的真值。

定點整數(shù)表示的真值：?10U011B

定點小數(shù)表示的真值：-(MOllOUB

定點數(shù)的運算

參與運算的數(shù)據(jù)要事先確定比例因子，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)

換為定點小數(shù)或定點整數(shù)后型行計算。比例因

子既不能太大也不能太小，否血可能造成數(shù)據(jù)的

溢出或損失精度

例：x=10.01,y=001.100

解：采用定點小數(shù)法：選取比例因子2-2,即將X、y

分別除以4(右移兩位)

x轉(zhuǎn)換為10.01—＞在機器中表示為10010000

y轉(zhuǎn)換為001.100在機器中表示為01100000

x+y得11110000

例：010.01+001.100=(0.1001+0.0110)*22

2、浮點數(shù)

小數(shù)點位置不固定一表示范圍大，運算復(fù)雜

二進制數(shù)的浮點表示格式：

PlP2P3...PmSIS2...Sn

階符階碼數(shù)符尾數(shù)

<________________）K________________J

V----------------------V

階碼P尾數(shù)S

二進制數(shù)浮點表示：N=2PXS

S—N的尾數(shù)，表示N的有效數(shù)值。、

Sf—尾數(shù)的符號位，Sf=O正，Sf=l負(fù)、

p—N的階碼，表示小數(shù)點的位置（整數(shù)），決

定N的范圍。

2一階碼的底，與尾數(shù)基數(shù)相同。

例：0noionN=2+11xo.1011

o00001010|000110I、

X=+0.0001101X2+101

=+11.01

=+3.25

規(guī)格化浮點數(shù)：使尾數(shù)數(shù)值部分的最高位為有效

數(shù)值位。尾數(shù)滿足0.5〈=|S|v、

Nl=2nX0.01011（錯）

N2=210X0.1011（對）

注意：浮點數(shù)的運算存在對階問題，階碼不同的

浮點數(shù)不能參與運算

3、浮點數(shù)與定點數(shù)的比、較

以長度為32位的數(shù)據(jù)比較

（1）數(shù)值的范圍：

定點小數(shù)（數(shù)符一位，尾數(shù)31位）范圍：

2-3i<=|S|<=l-2-31

定點小數(shù)（數(shù)符-位，尾數(shù)31位）范圍

1<=|S|<=231-1

浮點數(shù)：階碼8位（1位階符）24位尾數(shù)（1位數(shù)符）

2-128X2-23<=|S|<=2127X（1-2-23）

近似0<=|S|<=2127

(2)浮點數(shù)的運算比定總數(shù)的運算復(fù)雜

浮點數(shù)的運算存在■濟問題，階碼不同的

浮點數(shù)不能直接參與運算。

1.3計算機系統(tǒng)的組成及其工作原理

計算機系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)組成

一、硬件系統(tǒng)

1、計算機硬件的基本結(jié)構(gòu)X

硬件是指組成計算機的各種電子的，機械的,

光磁學(xué)的物理器件和設(shè)備。

至今為止，不論是低檔微機或是高檔裸機，

均是馮?諾依曼型的機器。它主要由5個基本部分

組成，即：運算器（算術(shù)與邏輯運算單元ALU）,

控制器，存儲器，輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。圖L1給

出了計算機的基本組成結(jié)構(gòu)的框圖。

實現(xiàn)計算下內(nèi)存是用來存放原始數(shù)據(jù)、f術(shù)、邏輯

/數(shù)據(jù)輸）中間數(shù)據(jù)及計算程序的部件

計算程

輸入設(shè)備外

原始數(shù)部C

）存儲器

設(shè)

計算氤輸出設(shè)備備1

接CP

口

實現(xiàn)訶算結(jié)果礎(chǔ).控制器

輸出的設(shè)備

2任苦學(xué)如存洋過程進行有規(guī)律控制協(xié)調(diào)的

世信息目匕力的收備J令指針寄存器IP,指令寄存器IR,

1k指令譯碼器ID,控制信號發(fā)生器）

-4-F

在微7^心空制器和運

算:廣總線就是一組信號線的集合,是在計算

pro機系統(tǒng)各部件之間傳輸信息的公共通路。

、子何各

部分之間通過總線連接在一|

DB：雙向的，與

}PU的位數(shù)相對座

AB：單向的，從CPU送出的，AB的

處

理位數(shù)決定CPU可直接尋址的內(nèi)容范圍

器

(CPU)CB：雙向的，傳送不同控制信號

〉控制總線

圖L2微型計算機的組成框圖

2,計算機的基本工作原理

(1)計算機的結(jié)構(gòu)

CPU的結(jié)構(gòu)圖L3

存儲器結(jié)構(gòu)

CPU算術(shù)邏輯單元1

標(biāo)志寄存器

PLA

ALU石-r

+1ID控制電路

TV

BL

AL

M指令譯碼器

指令指針寄.一

內(nèi)部數(shù)據(jù)總線

存器（或程指令寄存器

序計數(shù)器）OOH1

AR單元內(nèi)容1DR

01H1

1

單兀內(nèi)容L.

■

.3—

■

地址寄存器ABDB

OFE再數(shù)據(jù)寄存器

OFFH

存儲器

存儲體

CPU控制信號讀/寫

圖1.3

注意內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容

?每個單元都對應(yīng)一個地址，以實現(xiàn)對單元內(nèi)容

的尋址

單元內(nèi)容‘

38F04H10H0110

內(nèi)存地址

讀操作寫操作

地址內(nèi)容地址內(nèi)容

讀：將內(nèi)存單元的內(nèi)容取

寫：CPU將信息放入內(nèi)存

入CPU,原單元內(nèi)容不改變單元，單元中原來的內(nèi)容

被覆蓋

(2)計算機的基本工作原理

例如，求5+4=?

(1)編制程序，并分配計算程序及數(shù)里在存儲器中

的存放地址。

(2)用輸入設(shè)備將計算程序和原始數(shù)據(jù)*人到存儲

器指定地址的存儲單元中(見圖L5)。

(3)從計算程序的首地址啟動計算機工作，在\

CPU的控制下完成下列操作：E

存儲單元地址

00000001(O1H)00000101"5”]

存放原始數(shù)據(jù)

00000010(02H)00000100“J

00000011(03H)存放計算結(jié)果

00000100(04H)備份

?———00000101(O5H)00000100取數(shù)指令]

指令首地址0000OH。(O6H)00000001

00000111(07H)00000010加法指令

00001000(O8H)00000010＞計算程序

00001001(09H)00000101存數(shù)指令

00001010(OAH)00000011

00001011(OBH)00001000打印輸出指令,

00001100(OCH)00000011

圖1.5

①取指階段：從首地址所在的存儲單元中，取出

第一條指令的操作碼送入CPU中的控制器。控

制器經(jīng)分析，確認(rèn)它為何種操作（比如取數(shù)）

②CPU自動將存儲單元地址加L然后從此地址中

將第一條指令操作數(shù)的地址碼送到存儲器的血址

譯碼器，并發(fā)出讀命令從該單元中取出數(shù)據(jù)“5”

送入CPU的運算器中。

③至此第一條指令執(zhí)行完畢。CPU再次將存儲

地址加1,形成下一條指令的存放血址，并按

此地址取出指令，在控制器中分析該通令要執(zhí)

行的是什么操作，并發(fā)出執(zhí)行該操作所需要的

控制信號，直至完成該條指令所規(guī)定的操作。

依此類推，直到計算程序中的全部指令執(zhí)行完

比

由此可知，計算機的基本工作原理如下：

(1)計算機的自動計算(￡1地處理)過程就是

執(zhí)行一段預(yù)先編制好的計算程庠的過程。

(2)計算程序是指令的有序集合，因此，執(zhí)行計

算程序的過程實際上是逐條執(zhí)行指令的過程」、

(3)指令的逐條執(zhí)行是由微機或計算機硬件實現(xiàn)

的，可歸結(jié)為取指令、分析指令、執(zhí)行指令。如

此重復(fù)操作，直至執(zhí)行完計算程序中的全部指令

便可獲得最終結(jié)果。

（3）執(zhí)行指令的基本過程

下面以5+4=?的例子來說明指令執(zhí)行的過程。

首先要給它編制計算程序列使用約定的4條指

令：X

①取數(shù)指令MOVAL,[01H],這是一條兩字節(jié)指

令，機器碼是0000010000000001,第二字節(jié)指定

的是操作數(shù)的地址，該指令從01H號單元取出數(shù)

據(jù)送累加器AL。

②加法指令A(yù)DDAL,[02H],這是一條兩字節(jié)指令,

機器碼是0000001000000010,從02H號單元取出數(shù)

據(jù)與累加器AL中的數(shù)相加，結(jié)果送AL。

③存數(shù)指令MOV[03H],AL,機器碼為00000101

00000011,將累加器AL中的內(nèi)容送03H號單元。

④打印輸出指令OUT[3],AL,這耳1條兩字節(jié)

指令，機器碼是0000100000000011,將AL中的內(nèi)容

輸出至3號外設(shè)(打印輸出)。

上述4條指令的程序有8個字節(jié)，將其按次序存

放至存儲器有關(guān)單元，如圖L6所示。

(1)執(zhí)行程序時，給程序計數(shù)器PC賦以第一條指令

的地址05H,就進入第一條指令的取指階段

各種控制信號

當(dāng)PC的內(nèi)容送入ARB，

PC的內(nèi)容加II變?yōu)?6HALU瓦PLA

oTV~F

寄存器AR。介

ID時序信號

PCTV

AL

0000010100000100IR

-II-

⑦

2SZ

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

①內(nèi)部數(shù)據(jù)總線

地址

AR00000101O1H0000010100000100"因是取指階段,

02H00000100ZX

03H⑥,取出的為指令

ABO4HDB操作碼，故

O5H0000010000000100讀HDR將其送至

O6H00000001

07H00000010將據(jù),指令寄存器IR,

08H00000010屋數(shù)』然后經(jīng)譯碼分

O9H00000101一據(jù),析發(fā)出執(zhí)行這

AR把地址05H通過地址OAH00000011

總線AB送至存儲器。經(jīng)OBH00001000條指令!勺各種

地址譯碼器譯碼，選中OCH00000011CPU給出讀命t控制信號。

④

0