計(jì)算機(jī)組成原理,很全了

第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

計(jì)算機(jī)人雌夠自動(dòng)、高速解決數(shù)學(xué)問題及期問酈聊代化電

子:。一4^的計(jì)算機(jī)系雌硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成,硬

件構(gòu)成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件則是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)。自

從194脾第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC(ElectronicNumericalIntegrator

andCalculator)誕生到第五代計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)的硬件和軟件正

朝著相互滲透、相互融合的方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也已經(jīng)涉及到

了各行各業(yè)，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的設(shè)H理念和設(shè)計(jì)技術(shù)更是日新月異。

1.1.1馮?諾依曼計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)硬件(Hardware)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用的電子線咨和電子

元件等物理設(shè)備的蝌硬件裁成計(jì)算機(jī)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

的梭d

從ENIAC到當(dāng)前最先瞬計(jì)算機(jī)都采用的是馮諾依曼體輜構(gòu)。所

以馮?諾依曼是當(dāng)之無愧的賄計(jì)算機(jī)之父。

馮?諾依曼指出計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)應(yīng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸

入設(shè)備、輸出設(shè)備五用P分構(gòu)成，基本結(jié)構(gòu)框圖如圖所示o躥馮

諾依曼體系結(jié)構(gòu)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)螂具有如下特征：

程序和翻居在計(jì)算機(jī)中以二進(jìn)制的方式執(zhí)行。

必黛夠記Z1程序、數(shù)據(jù)、中:解果及最終運(yùn)算結(jié)果。

具有完成各種算術(shù)、邏輯運(yùn)算秘陲傳送等Hl的能力。

指令由地址碑瞄。

能夠根據(jù)需彈制程序走向,并能網(wǎng)輔令控制機(jī)器的各部件協(xié)調(diào)

操作。

半個(gè)世紀(jì)以來，計(jì)算機(jī)已發(fā)展為f龐大的家族，盡管各種類型的

計(jì)算機(jī)的性稅結(jié)構(gòu)、應(yīng)解方面存在著差別，但是它們的基本組第

構(gòu)卻是相同的?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)仍然采用的是馮諾依曼體輜構(gòu)，硬件系統(tǒng)

仍由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備構(gòu)成O

1.運(yùn)算器

在計(jì)算機(jī)中，運(yùn)算部HW5SP件。其短任務(wù)是完成信息的加

攻理。這些艇主要有加、減、乘、鰭算術(shù)運(yùn)算和與、或、異

或、同靖邏輯遨（。運(yùn)算器主要由運(yùn)算邏輯單元ALU和寄存器兩部分

m,

執(zhí)行流程如圖1-2所示。圖中寄存器麗寄存器B主要保存從內(nèi)存儲(chǔ)器取

來的操帽數(shù),然后運(yùn)算邏輯單元ALU對(duì)兩個(gè)寄存器中的翻觸行算術(shù)或

邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果送給寄存器A暫時(shí)存放。

數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中通常以二進(jìn)制雌式存儲(chǔ)和運(yùn)算，這是因?yàn)槎o

數(shù)的運(yùn)算規(guī)為簡翦二mo數(shù)就是以2為期的即忙進(jìn)

在二進(jìn)制中只有。和1兩個(gè)密立的數(shù)符,而這恰好能夠與電子器件中電壓

的高低、脈沖的有無對(duì)應(yīng)起來，在電路中容易頻。

控制器是計(jì)算機(jī)的控制中心?？刂破髯鳛镃PU（中央處理器）的核

心部件主要用來協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)的工作,完雌序信息瞰曲1澳交;的輸入

輸出。

控制器的實(shí)現(xiàn)方法有酬，即組合邏輯方法序控制方法。組

合邏輯方法的特點(diǎn)是以集成電路來產(chǎn)翊令執(zhí)行的微操作信號(hào)。具有程

癡行的速度快，控制單元的體積/」博優(yōu)點(diǎn)。近年來隨著集成電路技術(shù)

的迅速發(fā)展，組合邏輯方法得到了廣泛的應(yīng)用。

微程序控制方法相對(duì)于組合邏輯方法蝴設(shè)計(jì)過程比較蜂,但并

不像設(shè)計(jì)組合邏■制電路I陷煩瑣、不規(guī)則，而是有一定規(guī)律可循，

修改起來也方便。尤其是可編程只讀存儲(chǔ)器的應(yīng)用，為微程蝌制器的

設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性和適用性,進(jìn)而使犍序設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用解

越廣泛。目前已在中、小型和微型計(jì)算機(jī)中得到廣泛的應(yīng)用，只是在一

些巨型、大型計(jì)算機(jī)中，由于速度的限制不宜采用微程雕制技術(shù)O

!計(jì)算機(jī)操作的對(duì)象。程序^儲(chǔ)器中都是以二進(jìn)制的形式

表示，每臉二進(jìn)制劃分為f存儲(chǔ)單元。訪問存儲(chǔ)單元中程序與噓

必犯禽出元地址o

短體、蜘

存器、控制線解構(gòu)成，包括ROM（只讀存儲(chǔ)器）和RAM（隨機(jī)存取

^8）酬。

輸入設(shè)備的夠瞬入用戶提螭原始信息，并且將其版為計(jì)算

機(jī)能識(shí)SU的信息。常用的輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等。

輸出設(shè)備的喀星將計(jì)算機(jī)的果以t人們接受的或能為

其他計(jì)算機(jī)所接受的帽瀚出。常用的輸出設(shè)備有：打印機(jī)、顯斕、

繪郵圖。

mi況下，由于輸入、輸出設(shè)備種類繁多而且速度各異，因此它

們TS不是］同高速工作的主機(jī)相郵,而是窿過適配器部件與主機(jī)

相聯(lián)系，適配器的當(dāng)于f器。

1.2計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)

思序計(jì)算機(jī)軟件獺語言處理序應(yīng)用軟件科學(xué)計(jì)算超處

理自動(dòng)控制例欺件操作系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)

軟件（Software）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用的各種程序，而軟件系統(tǒng)是

摘鏢個(gè)計(jì)算機(jī)硬件輟工作雌序集合。軟修統(tǒng)所包含的內(nèi)窗障

豐富，因而對(duì)其分類也較為困難。圖18出了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系雌軟件

整個(gè)軟件系J能分為系球怫I應(yīng)用^｛牛兩龍&

系娥件主要功能是對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在行調(diào)度、管理、監(jiān)視及服

務(wù)等。它撕使系統(tǒng)的各種詡鼾融恰理的調(diào)度阿敏的使用，并能監(jiān)

視麴6的運(yùn)行狀態(tài)，一旦出三漉自動(dòng)軸現(xiàn)場信息使之不受破

壞，并診斷出故腳部位。它還可以幫助用戶調(diào)試程序、查找程序中的錯(cuò)

誤等。

操作系統(tǒng)吸■期制程序的總赧可以用它控制和管理計(jì)算機(jī)的各

種資源，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)魏施行自動(dòng)化。它是系統(tǒng)軟件中最核心的組成部

分，其主要任務(wù)有兩個(gè)：T管好計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全部資源，使它們能充

分蟒作用、高效率的工作。在這里所提及的資源是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各

種功能部件，主要包3胭器、存、各種外設(shè)備、各種軟件。

二是為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和用戶之間提供接口，使用戶利用操作系駢i供的功

能去使用計(jì)算機(jī)，進(jìn)而在用戶面前期的是一臺(tái)功能強(qiáng)、使用方便的計(jì)

算機(jī)O

一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以配置不同類型的操作拗，常用的操作尚類型

(1)單用戶操作系統(tǒng)，用于翦F大又要覆成較廣泛做

的臉，W:MS-DOS.PC-DOS.CP/M^O

(2)多用戶操作系統(tǒng)，又稱為分時(shí)系統(tǒng)，用于多個(gè)用戶需要同時(shí)

算例如：Unix、Linux、OS/2、Windows98/2000/XP,

WindowsVista^o

操作麹5,用于需要對(duì)信息進(jìn)行管理，信息共

享槐合，題：NetWare.WindowsNT^0

(4)則操作獺，用升E嚴(yán)格時(shí)間范圍內(nèi)，對(duì)外部請(qǐng)求做出反

應(yīng),則靠合,酶：WindowsCE、UcLinux.Rdos

等。

目前，新Ttis作系統(tǒng)WindowsVista已投入使用。Windows

VistaM蹲微軟公司開發(fā)代號(hào)為長角(LonghomjaTF一版本

MicrosoftWindow^佛統(tǒng)回名稱。它3WindowsX啷

WindowsServer2003；^09又一^^山操

新的I蟠啦米面相撕增力QT包括Window魴燦、礴^的

接、家長控制、安全中心、WindowsMovieMaker、圖片庫、反5般、

間深坎件、網(wǎng)絡(luò)映射、搜索、圖片收I峽、WindowsMediaPlayers

^j^RSS的OutlookExpress、P2PMessenge^功能。

用戶往往是艘-幫程序設(shè)計(jì)語言來編寫程序,也就是常說的源程

序。但計(jì)算機(jī)只能識(shí)別二進(jìn)制信息，語翻理程序的實(shí)質(zhì)就是完成B譯

計(jì)算機(jī)各種語言的一維程序。其主要任務(wù)是對(duì)用戶使用的各種語言進(jìn)行

陋，進(jìn)而使計(jì)算機(jī)能完成用戶以各種語言所描述的口。在軟件分類

中，除了將語言處理程序劃分為系球件外，各曬序設(shè)計(jì)語言也弱6

:件。在計(jì)算機(jī)應(yīng)用中，程序設(shè)計(jì)語言主要包括以種類。

(1)機(jī)器語音：是T用二進(jìn)制形式表示的，并且能夠直接被計(jì)算機(jī)硬件

識(shí)別礴行的語言。機(jī)器語音與計(jì)算機(jī)的邏雌構(gòu)相關(guān)，也就是說，機(jī)器語言因計(jì)

算機(jī)不同而異。利用機(jī)器語言編寫的程J炳之為機(jī)器語言程序o機(jī)器語言的缺點(diǎn)是:

不易書寫，可閱讀性差，出錯(cuò)也不易修改。

(2)匯編語言：是T將機(jī)器語言符號(hào)化的語菖它用形氟直觀、便于

記憶的字母、符號(hào)來代他數(shù)字編碼的機(jī)器指令。足語音的語句與機(jī)器指令一~對(duì)

應(yīng)，不同的計(jì)算機(jī)具有不同的匯編語言。用匯編語言寫的程稱為匯編語言程序。

懶：Nasm.Masm、Tasm^P屬TOS語

(3)翻語言：也用與具體計(jì)算機(jī)邏輯結(jié)構(gòu)不相關(guān)的，表達(dá)

方式接近于雌述的問題的程序設(shè)計(jì)語言。高級(jí)語言程序具可書寫性和

可閱讀性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。高級(jí)語言程序在計(jì)算機(jī)并不能先行，需飄用

編囂序或解釋程序I銀翻譯成機(jī)器語言程序后再執(zhí)行。例如：Basic,

Fortran,Pascak璐言、Delphi、C++、Jav得都屬于高級(jí)語言程

序。

(4)面向?qū)ο笳Z言：是當(dāng)今軟件開發(fā)的主流方法堿術(shù)。面向

對(duì)象語言具有的抽象性、封裝性、模塊性、繼承性和多態(tài)性，以及知

自頂向FD自底向上的軟件開發(fā)風(fēng)哪良好的可哪性日益被人們重

視。

并且面向?qū)ο蟮捻缫呀?jīng)滲透到了計(jì)算機(jī)科學(xué)的其他領(lǐng)域,如操作

系統(tǒng)、人工智能、碗薛、分布式計(jì)算幽行計(jì)算等領(lǐng)域，并成為這些

領(lǐng)例如：Java、C++、VisualBasic、VisualC++?

Delphi等都屬于面向?qū)ο笳Z言。

服務(wù)性程序又稱實(shí)用程序,是為系殛供各種服務(wù)性手段而設(shè)置的

其主要功能■成對(duì)用戶程廓域入、連接、編輯、/物

糾錯(cuò)以及硬件故障診斷等工作o服務(wù)性程序執(zhí)行的過程和i糊功撕

下:

(2)酶際應(yīng)中，f大睇輾序懶汾睇干個(gè)

相對(duì)獨(dú)立的程序模塊，分另編譯為相應(yīng)的目標(biāo)模塊，這朝立的目標(biāo)模

mi?前人運(yùn)行。完啥-功除程序口微雌程

序。

(4)數(shù)制觸灌序。數(shù)制轉(zhuǎn)換程序可以使用戶直接用十進(jìn)軸嫌

入，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)所能識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)。

(DatabaseManagementSystems),l^j^DBMS,是@@

數(shù)據(jù)庫的軟件。崛庫是為適應(yīng)大型企業(yè)磷颯則信息管理的需要而在文件系

為了克服±述映點(diǎn),營用f單獨(dú)的微軟件雉中管理所有

的文件，實(shí)頊數(shù)據(jù)共享，這就題據(jù)庫管理系第例如:FoxPro、

Access、Oracle、SQL

應(yīng)臃件主為用腕艇各個(gè)具體應(yīng)用領(lǐng)域中的輔助功能,它

也雌大多數(shù)用戶學(xué)習(xí)、使用計(jì)算機(jī)時(shí)最感興趣的內(nèi)容。如計(jì)算機(jī)輔助

繪解軟件AutoCAD、辦公軟件Office、圖腌像處理飲件Photoshop

網(wǎng)價(jià)颯帆磁車、迅臉。

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)廣■個(gè)十分復(fù)雜的硬件、軟件結(jié)合的整體。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

的工作過程是軟硬件分層次相互配合完成的,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如

圖1礪示的。圖中表明了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件與軟件之間的相互關(guān)系，

同時(shí)也說明了從用戶提出限到硬件執(zhí)行的過程。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次絹軼分為五級(jí)。第1級(jí)是微程序設(shè)計(jì)級(jí)，這是

一個(gè)實(shí)際的硬健，由硬件直敏行令。第啜題雌包R,

它由陲序解酬器指令系統(tǒng)，該級(jí)也屬于硬他。第您系統(tǒng)

級(jí)，該級(jí)采用機(jī)器語言解釋執(zhí)行，既涉及軟件窗?,也涉及硬件縫,

即減作系統(tǒng)的控制之下調(diào)用輟的硬件與軟件資源。第4級(jí)居匚編語

言級(jí)，這一級(jí)由匯編程序初群瞅行。第5級(jí)曷夠R語言級(jí)，這f由

各麗級(jí)語靜它ji0向用戶的，

之為用戶程序，這一級(jí)也屬于軟件級(jí)。

1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用

自194昨第子數(shù)字計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)的發(fā)展以計(jì)算

機(jī)硬件的邏輯元器件為標(biāo)志，大嵋歷了電子管、晶體管、中小規(guī)鰥

成電路到大路等4個(gè)發(fā)展階段。

從194墀至195墀是電子管數(shù)字計(jì)算機(jī)時(shí)代.曲機(jī)fl曜情元件

采用電子管。主存儲(chǔ)器采用磁芯、磁鼓，外存采用磁帶。電子管數(shù)字計(jì)

算機(jī)主要特點(diǎn)是體積大、功耗大、運(yùn)算速度每眇只有幾千次到幾萬次、

價(jià)格昂貴、可靠性差。程序設(shè)計(jì)主要采用機(jī)器語言和;O語言。主要應(yīng)

用于科學(xué)計(jì)跖雖然，電子管數(shù)字計(jì)算機(jī)有很多缺陷，但是它的體輜

構(gòu)躥序設(shè)計(jì)圍想為以后計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展奠定了科學(xué)翻隊(duì)

從1957年至196偉IBM蝌1■期時(shí)代。計(jì)翱聯(lián)廝談

采用晶體管。主存儲(chǔ)器采用磁芯，外存儲(chǔ)器采用先進(jìn)的磁盤。晶體管數(shù)

字計(jì)算機(jī)主蝴點(diǎn)是體積小、S:、耗電少、運(yùn)算速度每眇達(dá)十萬次

以上、可靠世孔晶體管數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)麒:件有了很大的發(fā)展，出

現(xiàn)了多種用途的操作微，以及各種各樣的高級(jí)語言，如FORTRAN、

COBOa語言。應(yīng)用以各附速主，a用

于工J11繪制。

從196得至197闡強(qiáng)|成電酬■算嫻代。計(jì)期I的邏斷群課

用中、小規(guī)膜成電路；用半導(dǎo)體存轆代替磁芯存儲(chǔ)器,采用流水線

多道程腑拼做回技和集成電路計(jì)算機(jī)主要特點(diǎn)是體積更小、速度

快、精度高、功豳黑計(jì)算機(jī)成本進(jìn)/下降。在此期間軟件向系列化、

多樣化發(fā)展，軟修漸完善，分時(shí)操作系統(tǒng)、會(huì)溺語言夠種高級(jí)語

言已經(jīng)出現(xiàn)，出了模塊化與結(jié)構(gòu)觸序設(shè)計(jì)的居施L在發(fā)展大型

機(jī)的同時(shí)，“小型計(jì)算機(jī)”開始出現(xiàn)。計(jì)算機(jī)品種璘向多樣化、系列化

發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

從1971年以后是大路計(jì)算機(jī)時(shí)代O計(jì)算機(jī)的

邏輯元件以大、超大規(guī)模集路為主要功能器件。大規(guī)蝴超趣模

集路計(jì)算機(jī)主要特點(diǎn)是速度更快、集成度更高、軟好富、有通訊

功能、切配合。在間硬飾軟件的技術(shù)日級(jí)善，計(jì)算速度

每眇千萬億次以上，計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)也開始以分布敢理來組織系統(tǒng)。

同時(shí)，大型機(jī)、中型機(jī)、超小型機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、智育擬、程

等都有了新的發(fā)展。應(yīng)用開始進(jìn)入尖端科學(xué)、軍事工程、空間技柳大

型事熟爨等社筋術(shù)和社會(huì)生活各個(gè)領(lǐng)域。

隨著大規(guī)賺成電路的發(fā)展，20世紀(jì)70年代計(jì)算機(jī)開始向微型化方向展.

1971^^lntei^^gid^djT^-4?ra8,麗與舊M公^^

了第一^儂計(jì)算機(jī)，開創(chuàng)了觸I計(jì)算機(jī)的新時(shí)代。

微型計(jì)算機(jī)具有體積小、重噓、功耗低、功醒、可靠性高、結(jié)構(gòu)靈活、

使解境要癱、價(jià)格低吟系列特點(diǎn)和優(yōu)品懶了廣瑜應(yīng)照0飛郵I

發(fā)展。目前，微型計(jì)算機(jī)已進(jìn)入雙核心甚至多核心時(shí)代。傳統(tǒng)單核嫻器相比,

交吸怏理器力叭了5礴令執(zhí)行、智能電源管理(、智

能緩曲蜘智■梆腱及麒麟鈉體墉9。新技術(shù)的應(yīng)用使雙核兇理

從8(m忸始，日本、美甄就脂粉》行順代HI硼的嬲工

作，目前第五代計(jì)算機(jī)有以下幾個(gè)研究方向：

小知識(shí)：生物計(jì)算機(jī)一旦研制成功，其運(yùn)K速度是目前傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)根本

無法因0的，它幾十4例的運(yùn)算函魁于目前朝所有計(jì)算機(jī)運(yùn)管郵總和.

算機(jī)的存儲(chǔ)■也大得驚人。科學(xué)家采用有機(jī)a幢白質(zhì)分子L?

片代替由無機(jī)材料制作的硅芯片，其大小僅為贓所用的曉片的i■萬分之一,

而集成度卻極大地提高，如用血紅素制成的生物芯片，1平方塞米解納1。億個(gè)

門電路，斯關(guān)速度達(dá)SI1。微微秒。此外^物芯片具備的低I酬;、低僻的性

質(zhì)使他們擺脫了做半導(dǎo)體元怫熱的困擾，從而克服了長期以艇fe或電路制

作工2復(fù)雜、電路因故腳僦增化以及能量蹦大

發(fā)麗5了廣闊的前景。此外，機(jī)的元件密度比AM神經(jīng)密度獻(xiàn)高

100萬倍，而且其傳遞信息的速度也比人腦進(jìn)行思維的速度快100萬倍。它即快

捷，又準(zhǔn)確，可以圖成為人腦瞰限斷充部分，它以從

人體細(xì)胞吸收營養(yǎng)的方嫌補(bǔ)充虹，而不夠外界的任何其他能匹

⑶光子計(jì)算機(jī)_―用光作為信息載體，通過對(duì)光的蜘烷成

對(duì)礴雌算獻(xiàn)能。

新十計(jì)算機(jī)與前四代計(jì)算機(jī)的本質(zhì)區(qū)別是:計(jì)算機(jī)的主要功能將

從信息遮忸為知識(shí)陋，使計(jì)算機(jī)具有人類的某些智能，所以又稱

為人工智能計(jì)算機(jī)。通常認(rèn)為,第五代計(jì)算機(jī)具有以下幾個(gè)方面的功能:

(D具有陋各種信息的能力。除目前計(jì)算機(jī)微塞離1嫩據(jù)外,

第五代計(jì)算機(jī)還能對(duì)聲音、文字和圖箝形式的信息進(jìn)行識(shí)s收t理。

(2)具有學(xué)習(xí)、聯(lián)想、倒和解釋問題的能力。

(3)具有對(duì)人的自然語音的理解能力。即只建期潭或計(jì)算的問題，用自

然語言寫出要求及說明，計(jì)算機(jī)就喇皿t,按人的要求進(jìn)行處理或計(jì)算，而現(xiàn)

在的計(jì)算機(jī)需要使用專門的計(jì)算機(jī)語睡蜘雌耍酷5述出來。對(duì)第五代計(jì)算

機(jī)來說，只需告訴它“做什么”，而不必告訴它“怎么做”。

總之，第五代計(jì)算機(jī)招采用多媒體技棣聲音、圖形、圖象系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

和通訊超蛔為使計(jì)算機(jī)具有像人一樣的能聽、能看、㈱L能說、

等功能，甚至研制生產(chǎn)出具有某些“情感”、噌力”的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。

電鉗由電子箍信MWiBZ

傳送瞰爨,從磔現(xiàn)計(jì)算的功能。計(jì)算機(jī)的分類方法f有如下加。

一般可分為數(shù)字計(jì)算機(jī)徽i計(jì)算機(jī)。

數(shù)字計(jì)算機(jī)處理的是離散的數(shù)字■<>通常用脈沖的有無或電平的高

低表示二進(jìn)制數(shù)字“1”和“0”，其不同的組合表示大〃不同的數(shù)值，只要

勒肉合的位數(shù)就可城口耘微的范麟n精度。因此，只蝦考慮設(shè)&

的代價(jià)，數(shù)字計(jì)算機(jī)腌示的數(shù)值范圍與精度幾乎沒有限制。我們通常

所說的計(jì)算機(jī)，如未概u說明，均指的字計(jì)算機(jī)，音為計(jì)算機(jī)。

徽I計(jì)算機(jī)照的信息是朝變化的徽版,如溫度、壓力、距離.

數(shù)字計(jì)算機(jī)年用途即應(yīng)用特點(diǎn)可分為通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。

通用計(jì)算機(jī)就是我們通常所說的計(jì)算機(jī)O它通常根據(jù)不同的計(jì)算機(jī)

系酒號(hào)配備■貴的&限，配備多種系轆:件，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管

理獺及多種工具軟件。只要再配備相應(yīng)的應(yīng)用軟件，就可應(yīng)用于各種

通用機(jī)的特點(diǎn)是物迪，功能全。

專用計(jì)算機(jī)是針對(duì)某面向某種算法的計(jì)算機(jī),這

種機(jī)器由于功能單一，結(jié)構(gòu)簡單,1I■■■?低，較甌渾事

和理贛！I等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。如某一攻過能制計(jì)算機(jī),軍

事上特定武器裝備的控制指揮儀,以及目前已廣泛應(yīng)用的嵌入式礴］■

算機(jī)專用機(jī)的系統(tǒng)I及專用軟件是專門針對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)的，因

而對(duì)該領(lǐng)域是氟蟠。專用機(jī)若用于其他領(lǐng)域，則降極低甚至無法運(yùn)

行。

所瞰模，是綜合計(jì)算機(jī)的多方面因素而言，通常涉及運(yùn)算速度、

搬脖長、存1注夕陪P設(shè)備等硬件配置，以及軟件、價(jià)格等諸多方

面。因此按規(guī)模分類場也即按計(jì)算機(jī)的性蟒分類。由于計(jì)算機(jī)科

學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，這郴!橫或性能的概念也是在不I磔化的。昔日的

大型機(jī)，其性能可能趕不上現(xiàn)在的微型機(jī)。盡管如此，計(jì)算機(jī)業(yè)界仍習(xí)

慣將計(jì)算機(jī)分為巨型機(jī)大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微翱等幾球型。

也稱為超級(jí)計(jì)算機(jī)，它是f國家科技水平、經(jīng)濟(jì)實(shí)力和輟威力

的象征。巨型機(jī)速度最快，性能最強(qiáng)，技術(shù)最復(fù)雜，具有巨大的數(shù)值計(jì)

官息處麒力，是每個(gè)時(shí)代計(jì)算機(jī)翩■術(shù)隹集中慘。目前巨

型計(jì)算機(jī)一般字長6狙，酬平均執(zhí)行上百億次浮點(diǎn)運(yùn)算,主存容,1~

4S5^Lt,速通道每眇可像鐲據(jù)幾千萬個(gè)字以上，具有

豐富的系統(tǒng)軟件。目前世界上最快速的計(jì)算機(jī)都采用大規(guī)模并行處理

MPP(MassivelyParallelProcessing)技術(shù)，每匐B代巨型機(jī)％隨

有數(shù)百至上萬個(gè)艇器。198年自行研制出了第一臺(tái)銀河巨型機(jī)

如圖1書所示o此后，我國自行研制的銀河-m型巨型機(jī)每秒運(yùn)算可達(dá)

到12磔，如圖1用所示o現(xiàn)在，我國正酶制更高性能的巨型機(jī)。

算機(jī)(LangScaleComputer/Mainframe)是計(jì)算

族中通用性最S,功能也很酗計(jì)算機(jī)。長32~6狙，每睇

俄百萬到數(shù)千萬條指令，主存容■幾十萬到幾百字，有的外設(shè)

和通信接口，有很強(qiáng)的I/C班遵助和豐富的系統(tǒng)軟件及應(yīng)用軟件。大

型機(jī)示例圖如圖1?7

小型計(jì)算機(jī)(Mini8mputer)是性t手、價(jià)

域十分廣泛的計(jì)算機(jī)。f字長32位，速度每眇幾十萬到幾百萬次,內(nèi)

存容?幾萬到幾十萬字，配有一5^0的外設(shè)與覆簸口，支夠種高

級(jí)語言和匯編語言編寫的程序，有功能較強(qiáng)的操作系統(tǒng)。

微型計(jì)算機(jī)(Mlcrosmputer)簡稱微型機(jī)或微機(jī)，是以微處

理器為中央處理器而組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)O

肝算機(jī)的分類方法很多。按字長可分為的、］時(shí)、3徽、64

位'后‘注!機(jī)計(jì)酗I;觸哪式可分為m座式和殿式!計(jì)算機(jī)，前

者如臺(tái)式機(jī)(如圖所示)，后者是一種可移動(dòng)的制型機(jī)，如筆記本

和掌上計(jì)算機(jī)(如圖1?9所示)。

按使用方式，一般將計(jì)算機(jī)分為工假麻服務(wù)器，這也是目前廣泛

采用的實(shí)用的分類方法。這種分類方法是以網(wǎng)繩吩布式計(jì)算環(huán)境為背

景的。

工作站(Workstation)是以個(gè)人計(jì)算環(huán)境和分布式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算環(huán)境

為霸隊(duì)具有良好的性能價(jià)格比。所謂個(gè)人計(jì)算環(huán)境置S為個(gè)人使用計(jì)

算機(jī)創(chuàng)造—盡可能易學(xué)易用的工作襁，為面向特定應(yīng)用領(lǐng)域的人員

提供一個(gè)具有友好人機(jī)界面的i率工作平臺(tái)。分布式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算環(huán)境是

指工作站在進(jìn)行信做理時(shí)，可以通過網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器和其他工作站或計(jì)

算機(jī)互通信息和共享資源。工作的多功能就它的高速運(yùn)算功能,適

應(yīng)絨體的應(yīng)用功肯識(shí)5力能，如圖1-10所示O

服務(wù)器(Server)是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境或在具有客戶/服務(wù)雌構(gòu)的分布計(jì)

粳中，為客戶的請(qǐng)藏供服務(wù)的結(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)?？蛻?服務(wù)器是實(shí)現(xiàn)

資艘享的TI結(jié)構(gòu)，客戶是服^器的對(duì)fe。在網(wǎng)絡(luò)和分布式計(jì)算環(huán)境

中，服務(wù)器提供大量公用的服如船§庫服務(wù)、www服務(wù)、文件服

務(wù)、打印服務(wù)等。在設(shè)計(jì)上，要求服務(wù)器具有更好的初勖凝性能、極

高的可用度、良好的安全性、很強(qiáng)的擴(kuò)展能力，網(wǎng)編吩布式計(jì)算環(huán)境

中的工作站多充當(dāng)信息中心，如圖1?11所示0

數(shù)字計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)得到高速發(fā)展的原因主要是它的普及與

應(yīng)用。如今，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與普及已從軍事、科研、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域不斷向教育、

文化、商業(yè)、貿(mào)易、以至娛樂、生活諸方面進(jìn)軍，時(shí)女b均引起了巨大

的變革。在應(yīng)用實(shí)踐中，人們對(duì)計(jì)算機(jī)的功能及特性不斷提出新的要求。

正整6于這一原因，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了極大的發(fā)展。

目前，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已垓千種。按照計(jì)算機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)，計(jì)算

機(jī)的應(yīng)用可以大體上分為科學(xué)計(jì)算、疑敵腿、實(shí)時(shí)控制、計(jì)算機(jī)輔助工

程、辦公自動(dòng)化、通信和智能應(yīng)用等幾大類.

科學(xué)研究和IB計(jì)算是計(jì)算機(jī)應(yīng)用最早的；o機(jī)的發(fā)明

和發(fā)展，首先是為了解決科學(xué)技術(shù)和速設(shè)計(jì)中大■的數(shù)學(xué)計(jì)算問甌

因此科學(xué)計(jì)算是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的f霞領(lǐng)域O例如大范圍的地區(qū)氣象

礴信息，如果用人口博需要幾天的時(shí)間完成，而用計(jì)算機(jī)處理這些

信息可使有值。

目前，有效地使用蚌計(jì)算機(jī)來求輟學(xué)問題，已經(jīng)形成一^門

的學(xué)科_數(shù)值計(jì)算。許多計(jì)算領(lǐng)域的問題，如計(jì)算物理、計(jì)算力親

計(jì)算化學(xué)、計(jì)算經(jīng)濟(jì)胃均可歸結(jié)為數(shù)值計(jì)算問題。源豺算往往涉及

到!:際雜的數(shù)學(xué)公式，如求解上干階的微分方程組、大型的矩陣班等

等。

人類已進(jìn)入信息化社會(huì),各種信息浩如煙海。為認(rèn)識(shí)Wi逑信息,

前展對(duì)大■的信息進(jìn)行分析加工。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用使信息處理口

起相E?？旖荩麑W(xué)國防建設(shè)、

文做育、的陶等礴的工作賣噓來更u誨松。

好數(shù)婕的主要功能，是將輸入設(shè)備穌的帆、

分類、加工、以融廝需要的信息o如企業(yè)管理、庫存管理、帳目計(jì)宜

圖^^鳴，它彳據(jù)■大，算術(shù)運(yùn)算比較

簡單，有大出墀輯與判斷，陋的結(jié)果多以報(bào)::表或文件形式存儲(chǔ)或輸

出。

實(shí)時(shí)控制是計(jì)算機(jī)在過磅制中的重要應(yīng)用。最初的過程控制主要

應(yīng)用于韓、衛(wèi)朝Mt化a器系卿航空航天等,而現(xiàn)在已廣泛

「■A，?T-T神經(jīng)輟的功能，由于高靈敏度、

高精確度的控制，使得上述領(lǐng)觸工作能在人的意志控制卜準(zhǔn)確無誤地

達(dá)到目的。例如由雷達(dá)和髀發(fā)射雌成的防空系統(tǒng)，地噓雌制系

統(tǒng)，自動(dòng)化生產(chǎn)鰭，都需要在計(jì)算懈制下腑。

是近幾年來迅i轂展的~個(gè)+算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域,它包

括計(jì)算機(jī)助設(shè)計(jì)CAD(ComputerAidedDesign^計(jì)醐孀助制造

CAM(ComputerAidedManufacture廂計(jì)算學(xué)

CAI(ComputerAssistedInstruction)^^!*方面。

CAD廣泛應(yīng)用于船舶、飛機(jī)、汽車、建筑、電子等方面的設(shè)計(jì)。由

計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果通過圖形設(shè)備與設(shè)計(jì)人員交耳可及時(shí)對(duì)設(shè)

計(jì)做出判斷和修改，最終完成設(shè)計(jì)工作。因此，采用CAD技術(shù)，提高了

設(shè)計(jì)的自動(dòng)化水平，縮短了設(shè)計(jì)周期，減輕了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)，也大大

提高了設(shè)計(jì)質(zhì)?。

CAM則是使用行生產(chǎn)設(shè)備的管理和生產(chǎn)過程的控制,

例如，計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)汽車朝生產(chǎn)線。

辦公自動(dòng)化OA(OfficeAutomation雇用計(jì)算機(jī)幫助辦公室人員

陋日常工作。例如，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行文字處理，文擋管理，資料，圖象

聲音陋和網(wǎng)絡(luò)通信等。它既屬于信觸1回的范圍，又是目前計(jì)算機(jī)應(yīng)

用的一呼m立的。

蝴g通信主要是利用通信衛(wèi)星群和光導(dǎo)纖維構(gòu)成的計(jì)算機(jī)應(yīng)用網(wǎng)

絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息雙向交流，同時(shí)利用多!技椽大計(jì)期1的應(yīng)用范圍。

通信衛(wèi)星的覆蓋面廣，光朝維解的信息?大，保密性好，他們的優(yōu)

勢用卜,利用計(jì)算機(jī)將二者結(jié)合起來可在的范圍內(nèi)雙向傳送qS電視

圖象在內(nèi)的各種信號(hào)，把整個(gè)地球網(wǎng)絡(luò)郵起來，使人們彳里就可以

收看世界上任何T電視臺(tái)的節(jié)目，通過屏幕與遠(yuǎn)在千里乃曲友人面

對(duì)面地通話?？傊?，以計(jì)算機(jī)為核心的信息高速公路的實(shí)現(xiàn)，將進(jìn)一

改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

人工智能(ArtificialIntelligence,翻SI)是用計(jì)期來酬、

延伸、擴(kuò)展人類的某些智力渤］,使計(jì)算機(jī)具有學(xué)習(xí)和磔能力。如今

人工智能的則與應(yīng)用已在模式識(shí)別、景物分析、自斷言的理解與生

一??：：

成、博弈、自動(dòng)o?=：證明、自媚序設(shè)計(jì)、專家系統(tǒng)、跚訓(xùn)練輟、

智能決策統(tǒng)機(jī)器人等領(lǐng)域解I了重大的突蝴快速的發(fā)展，

人的研究為例，現(xiàn)已在機(jī)器人的視覺、觸覺、聲音識(shí)別等方面取得了較

大的進(jìn)展，tw了趣明靈巧的新型機(jī)器人一智能機(jī)器人。

上述七種畫■匕口￡<型酸了的大多數(shù)領(lǐng)域,能包

括當(dāng)今計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范疇。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)蝴術(shù)和信息高速公路的發(fā)

展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用幾乎滲凝I人類靛的各個(gè)領(lǐng)域，如電子商務(wù)、電子

郵件、信、通電子雌療、電子

等，人們可以進(jìn)入f五猊粼&的世界，暢游信息的癬。計(jì)算

機(jī)的廣泛應(yīng)用正改變著人類的生活方式,它屣著>心髓人—

社會(huì)~信息化社會(huì)。

1.4現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用

精揩脂令集計(jì)算機(jī)RISC(ReducedInstructionSetComputer)

是I小眥伯克利分校M的I麹等人于197地鼬的。RISCmM

^^<^］采用微程腔構(gòu)的曾令集計(jì)算機(jī)CISC(Complex

InstructionSetComputer)結(jié)構(gòu)而言的。它的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)體

發(fā)展史上f重要的里程碑。

傳轆JCIS嗡領(lǐng)隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而引入了各種各樣的的指

令,使得指令集和為urn颯這留聆功除計(jì)算機(jī)體系結(jié)?礴來越復(fù)

雜,經(jīng)過大■的研?分析，發(fā)現(xiàn)在CIS取脂，中，各

種指令的使甩艦度相當(dāng)僦。計(jì)算機(jī)在運(yùn)行程序中，大概僅有20湘指

令被反復(fù)使用，使用■約占整1濯序的80%；而有80%的指令則很少使

用，其期嶼占整1濯^的20%。顏溟麗1的“二/淀律”。

復(fù)雜的指令輟必黜加硬件翊的復(fù)雜性,這不僅增加了研制時(shí)

間前M而且由于期指令需要選行復(fù)系的操作，很降現(xiàn)流水僦

行，從而影響了機(jī)器的速度。為了解決上述問題，RISC微艇器的設(shè)

申崛得到了較快的發(fā)展。說，RISC處聊比同等的CISC處

理颼快50%~75%,同時(shí)RIS改理S更容易設(shè)計(jì)和糾錯(cuò)。

RISC是建承CISCM成叨技術(shù)并克服CISC的缺點(diǎn)的基砒上產(chǎn)生

并發(fā)展起來的。RISC的著眼點(diǎn)不簡單地放i化指令系統(tǒng)上，而是通

過簡化指令使計(jì)算機(jī)轆構(gòu)更管理，從而提高班速度。

例如：計(jì)翱i執(zhí)行程序所需要演r間p可用下式表示：

P=lXCPIXT

其中，I是郵語言編譯后在機(jī)器上運(yùn)行的指令數(shù)，CPI為執(zhí)行每

舞令所需的平均周螂，T是每個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間。

由于RISC指令比較簡單，原CIS的中比較復(fù)螂脂令

子程序來代替，因此RISCM耍比CISCM多20%~40%。但是RISC的

大多婁指令只用一個(gè)機(jī)器周期趣，所以CPI的曦比CISC/J僻。同

時(shí)因?yàn)镽ISC結(jié)構(gòu)簡單，所以完成T操作所經(jīng)過的通,使

得T值大為減少。后來，RlSCfiWI^有很大改進(jìn)，TW周期平

均可完成令，甚至可達(dá)幾條指令。

RISCMiSH■要點(diǎn)為：

(1)選取使用頻度最高的一些簡單指令和很有用但并不復(fù)碘指

令；

(2)指令的長廣二一_定，指令格式附妙，類少;

(3)只存令訪問存儲(chǔ)器，蛛目令操(T都在寄存器

之間進(jìn)行；

(4)采用指令流水僦作，實(shí)現(xiàn)指令并行操作;

(5)大部分指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成；

(6)CPU中通用寄存器的數(shù)目相當(dāng)多；

(7)以硬布融制為主，不用或少用糜雌制，以加幡令執(zhí)

目前，RIS嗡令微照器在嵌入式計(jì)算機(jī)中懶了廣泛的應(yīng)用，

設(shè)計(jì)生產(chǎn)RISC指令微處理器的公司也越來越多，比如：英國的ARM公

司設(shè)計(jì)的ARM7、ARM9、ARM10.ARM11等彩URIS嗡令微料器;

舊淞司的PowerPC;DEC公部Alpha；HP公司的HPPA；MIPA公

司的R10000;SU*司的UltraSPARC等。

嵌入式系統(tǒng)系統(tǒng)，它包蹣件和軟件兩部分。硬件

包括嵌入式徽理器、存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和"嗨口、圖形控制器等。

軟件部分包瞎作系統(tǒng)軟件(OS)和應(yīng)用程瞞程。應(yīng)用程序控制著

系統(tǒng)的運(yùn)怖行為；硒作系雌制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作

用。

⑶可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，能擴(kuò)展出滿足應(yīng)用需求的高速嵌入式

微處理器。

嵌入式計(jì)算機(jī)在應(yīng)用數(shù)■上遠(yuǎn)遠(yuǎn)醐了各種通用計(jì)算機(jī),一臺(tái)通用

計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備中就包含了若干個(gè)嵌入式觸I理器，鍵盤、鼠標(biāo)軟

驅(qū)、艇、顯卡、Modem.神、聲卡、打印機(jī)、掃描儀、

數(shù)字相機(jī)、US曲啜均是由嵌入式料器控制的。在制造工業(yè)、過

朝制、通取儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消

費(fèi)麗品等方面均是嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。下面介紹幾種具體的應(yīng)

用.

所謂的移動(dòng)數(shù)據(jù)庫是支持移動(dòng)tt算機(jī)的噓庫,有兩層含義：-B

用戶臃動(dòng)的過程中可以蝴訪可庫資源。二是用戶可以帶幃

夠動(dòng)。典型的應(yīng)用場合例如：在行駛的螂庫上查詢最近的醫(yī)院《該

系統(tǒng)由前臺(tái)詢終端、后臺(tái)同步服務(wù)器組成，移雌端上有嵌入式期

操作系統(tǒng)和嵌入式需據(jù)庫。其他包括手機(jī)PDA、掌上電腦等各種移動(dòng)

設(shè)備。用掌上電腦(或PDA)上網(wǎng)，人們可以隨時(shí)隨殛取信息。

智毓居網(wǎng)絡(luò)(E-Home)指在f家居中建立TSM網(wǎng)絡(luò)，為

庭網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的控制下，通過相應(yīng)的

硬件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，則對(duì)所有家庭網(wǎng)絡(luò)中家電和設(shè)備的控制和監(jiān)測。家

用電器將向數(shù)字化和化發(fā)展，電視機(jī)、微波爐、電話等都將嵌入計(jì)

算機(jī)并通過家制中心與Interne迪，酶為智能網(wǎng)絡(luò)家電。其網(wǎng)

絡(luò)簟的箍網(wǎng)關(guān)，家I關(guān)主雙酶制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)

的信號(hào)綜合，并具有與外界聯(lián)絡(luò)的接口，以便侑園寓贛廂信息雌。

不論是網(wǎng)關(guān)還是毓電上的控制模塊，都需要有嵌入岫作輟。這些

操作系統(tǒng)必須有內(nèi)嵌入式、實(shí)時(shí)性好、多用戶的特點(diǎn)。

嵌入式語音芯片基于嵌入避鼾慘統(tǒng)，采用語音識(shí)別和語音合成

語音學(xué)層次結(jié)構(gòu)^^和文本攵型級(jí)術(shù)，可以應(yīng)用朝持設(shè)備、智

除電等多的域。如果賦予這些設(shè)備人性化的交互方式和（聊」的使用

方法，也可應(yīng)用于玩具中，實(shí)現(xiàn)聲控玩息仿期物、與人對(duì)話的玩具.

也能應(yīng)用于車載通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)人機(jī)交流0

以藍(lán)牙為代表的小范圍?納入?yún)f(xié)議與嵌入式輟的結(jié)合,必將推

動(dòng)嵌入式系雌廣泛應(yīng)用。近來,基于這些協(xié)議的嵌入式產(chǎn)品層出不窮,

包括各種電話系統(tǒng)、秘公文包、各i字電子設(shè)備以及在電子商務(wù)的

應(yīng)用。這甄=品以2化和低成本的特點(diǎn)為它們?cè)诩矣膎辦公室自動(dòng)

化、電？w務(wù)、zomik智雌建種翻場合的應(yīng)用開辟了廣

闊的前景。

我國的需要完成智能化，數(shù)字化改造，智雌制設(shè)備、

智能儀表、自動(dòng)控制等為嵌入趣懶供了很大的市場。而工）Ud淵、

曲、3憾K集、軍用等領(lǐng)域TSI陵蝴作系統(tǒng)相期響應(yīng)。在服

交通礴，嵌入式也在發(fā)揮著越來越重要的作用。

嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，與通用型的最大不同就是嵌

入式CPU大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體

積小、集成度高等特點(diǎn)，而且能夠把通用CPU中許多由板卡完成的向集成

在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，增強(qiáng)其移動(dòng)能力。嵌

入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體

應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、

高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須堿

率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能,

這樣才能在具體應(yīng)用中對(duì)處理器的郵更具有競爭力嵌入式系1具

用有機(jī)地結(jié)合在T坦，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式

系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場，具有較長的生命周期。

為曲高執(zhí)行速蛹斷可靠性,嵌入式系統(tǒng)中的軟件TS都固化

在存f牖盹片或單片機(jī)本身中，而不是存貯于

嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后用戶通常

能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改的,必須有T開發(fā)工翩環(huán)境才

能進(jìn)行開發(fā)。

本章小結(jié)

本章主要講述了計(jì)算機(jī)的硬件輟和軟件系轆鹿本組

能，并從層次結(jié)構(gòu)的角度分析了計(jì)算機(jī)的層烯構(gòu)。隨后介紹了計(jì)算機(jī)

的發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用方向。通過本章

的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)該在函上對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用有一^認(rèn)識(shí)，對(duì)計(jì)

算機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)和新的發(fā)展、應(yīng)用方向有所了解，充分理解計(jì)算機(jī)總體

結(jié)敢、硬件的功能，為深入學(xué)習(xí)以后各章打下基礎(chǔ)。

第2章計(jì)算機(jī)的邏輯部件

計(jì)算機(jī)的邏輯部件

本章從邏輯代數(shù)的基枷識(shí)、邏輯門電路的構(gòu)成及特性出發(fā)，介紹

組合邏輯電路分析與設(shè)計(jì)的f方法；介紹了力叫器、譯碼器等常用芯

片的邏輯功能;介紹了加法器、譯碼器等中規(guī)模器件設(shè)計(jì)組合鰥電路.

解決實(shí)際問題的思路與方法。讀者應(yīng)深入理解基本邏輯運(yùn)算、邏輯運(yùn)算

規(guī)則、邏輯球的榆睫達(dá)式、傲化簡、卡諾圖化簡赳本理論;掌

握利邏輯代蜘識(shí)分析組合期電輜方法;蜘翻小規(guī)酶件設(shè)計(jì)

組合電路的TSJ圾；深入理解中規(guī)模器件在設(shè)印胎邏輯電路、解決

實(shí)際問題中的應(yīng)用。

本章要點(diǎn):

數(shù)字邏輯電識(shí)

邏輯函數(shù)的化簡

加法器設(shè)計(jì)

EDA琳

2.1.1邏輯他的基本知識(shí)

邏輯例是研究邏霾電路的基本工具,:輸入邏想變蚓輸出

函數(shù)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)君i式。邏值代數(shù)又稱為開對(duì)5爾饞，是

由期數(shù)物弟?布爾(GeorgeBoole)于1泄紀(jì)中葉首播出的

用建哪邏的解方法，律進(jìn)行運(yùn)算

的，反映朝變量運(yùn)算規(guī)律的數(shù)學(xué)，主要應(yīng)用于域器開關(guān)電路的分析

與設(shè)計(jì)上。經(jīng)切斷的施和發(fā)展后，被用于數(shù)字遭?電踴擻字系統(tǒng)

中，成為邏輻電路分析和設(shè)計(jì)的有力工M。

通常電子系軸都含有酬和數(shù)字兩種模塊。和郵i電路相睡，

在存胤分施貓輸信號(hào)時(shí)，數(shù)字電路更具優(yōu)越性。碰字電路中，常

用二mo數(shù)來量化i化的幽信號(hào)，而二蝴數(shù)I的是用數(shù)字1和0

來耘謝。這B的o和壞是+進(jìn)制數(shù)^的數(shù)字,邏輯(麻礴1不的^

值大小，僅表示相互矛盾、相互對(duì)立的兩種邏輯觸，這幽何借助復(fù)

雜皎數(shù)字系觸實(shí)現(xiàn)信號(hào)的存儲(chǔ)、分析和儲(chǔ)I。

2.邏輯電平

與普通代數(shù)相似之處在于它俏是用字母耘液*,用f3叵員描

述事物間的關(guān)系。但不同的是，期代做是撒醋觀事物間的邏輯關(guān)系,

邏輯函數(shù)雌式中的邏觸邱取值和邏輯畫劃幅限有兩個(gè)值，即。和1,稱

在電路上，可用電子器件的開關(guān)恃性核現(xiàn)，由此形成離散信號(hào)電壓藏

字電壓，這蹴字電壓通常用斷電平來表示》應(yīng)當(dāng)注意，邏輯電平不是物理

■,而是■fl?相對(duì)謝。在正邏輯體系中，用1來表示高電平，用竦赫

低電平。在負(fù)邏輾體系中，用0來表示高電平，用1來表示低電平(本書采用正

邏輯).蝴高電平和雌3吟為蝴電平。

2.1.2常見的門電路

1.與口

央際的兩輸入端與門如表2?1所示，邏輯符號(hào)如圖2?1所示o

從與門的邏輯關(guān)系上可以看出，如果輸入端A作為控制端，則儂)值將

會(huì)決定輸入端B的值是否能被輸出到端口丫。

(a)國外符號(hào)(b)酶相

圖2?1臃鴻與門邏輯符號(hào)

2.或門

M-示的兩輸門如表2士所示，邏輯符號(hào)如圖2出所示o

圖2?2兩輸入端或門邏輯符號(hào)

(a)國外符號(hào)(b)國標(biāo)符號(hào)

3.非門

非門可以用反相器電路實(shí)現(xiàn)，因gE門又稱為“反相器”。真