信息處理技術(shù)員教程

1、信息處理技術(shù)員教程信息處理技術(shù)員教程第1章計算機(jī)硬件基礎(chǔ)計算機(jī)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(bǔ)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(bǔ)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、位置和基本特性。

2、(4)CPU的組成。了解馮.諾依曼計算機(jī)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“Cached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(jī)、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(jī)概述計算機(jī)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理，并將產(chǎn)生的結(jié)果輸由。1946年2月，世界上第一臺計算機(jī)ENI

3、AC誕生在美國，經(jīng)過60多年的發(fā)展，計算機(jī)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(jī)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 計算機(jī)的組成部件一個完整的計算機(jī)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(jī)系統(tǒng)組成1.馮諾依曼計算機(jī)的特點60多年來，盡管計算機(jī)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)初探報告中提由的設(shè)計思路。主要內(nèi)容如下。(1)計算機(jī)(指硬件)由運算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸由設(shè)備五大基本部件

4、組成。(2)計算機(jī)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(jī)工作，使計算機(jī)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(jī)稱為馮諾依曼計算機(jī)，隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，也暴露由這種計算機(jī)的一些缺點，目前已由現(xiàn)了一些突破馮諾依曼結(jié)構(gòu)的計算機(jī)，統(tǒng)稱為非馮諾依曼結(jié)構(gòu)計算機(jī)，如數(shù)據(jù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)流計算機(jī)、需求驅(qū)動的歸約計算機(jī)和模式匹配驅(qū)動的智能計算機(jī)等。2.計算機(jī)的硬件系統(tǒng)組成計算機(jī)的基本部件有運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸由設(shè)備，它們通過總線互聯(lián)，就構(gòu)成了計算機(jī)的硬件系統(tǒng)，如圖1-

5、2所示。圖1-2計算機(jī)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(jī)，輔助存儲器、輸入設(shè)備和輸由設(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(jī)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。控制器負(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)

6、調(diào)計算機(jī)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),在莫些類型的計算機(jī)中用來存放正在執(zhí)行的指令地址。在大多數(shù)機(jī)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

7、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。(

8、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(jī)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(jī)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)備和輸生設(shè)備。常用外部設(shè)備包括鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)、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

9、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(jī)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)O(6)總線。是連接計算機(jī)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

10、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(jī)器配置。3.計算機(jī)的軟件系統(tǒng)包括PC機(jī)運行所需要的各種程序、數(shù)據(jù)及其有關(guān)的文檔資料。程序是完成更一任務(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(jī)系統(tǒng)的各種程序，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(jī)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(jī)的應(yīng)用計算機(jī)雖然只有僅僅60多年的歷

11、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(jī)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(jī)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)域，據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)外大約20的微機(jī)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(jī)的發(fā)展也逐漸擴(kuò)大計算機(jī)在這方面的應(yīng)用，不僅節(jié)省了大量的人力物力,在莫些方面還為科學(xué)決策提供了準(zhǔn)確的

12、依據(jù)。(4)輔助設(shè)計和輔助制造。簡稱為CAD/CAM,它是借助計算機(jī)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(jī)廣泛應(yīng)用于教育，被稱為教育史上的第四次革命計算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)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(jī)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

13、疾病診斷提供了強(qiáng)有力的手段。(6)人工智能。指的是計算機(jī)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(jī)主要應(yīng)用于專家系統(tǒng)、模式識別、問題求解、定理證明、機(jī)器翻譯及自然語言理解等。計算機(jī)在社會經(jīng)濟(jì)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(jī)應(yīng)用的不斷擴(kuò)展推動著計算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，又大大推動著計算機(jī)應(yīng)用的迅猛發(fā)展。1.1.3 計算機(jī)的分類目前計算機(jī)種類非常多，按照功能可以分為通用機(jī)和專用機(jī)。按照運算速度可分為巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、工作站和微型計算機(jī)。按照所處理的數(shù)據(jù)類型可分為模擬計算機(jī)、數(shù)字計算機(jī)和混合型計算機(jī)等。(1)巨型機(jī)。

14、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)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，研制這類巨型機(jī)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(jī)。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)備和功能齊全的軟件系統(tǒng)。其特點是通用性好，有極強(qiáng)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(jī)。小型機(jī)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(jī)軟件比大型機(jī)簡單，所以軟件成本也低。小型機(jī)打開了在控制領(lǐng)域應(yīng)用計算機(jī)的局面，適用于數(shù)據(jù)的采集、整理、

15、分析和計算等方面。(4)微型機(jī)。微型機(jī)采用微處理器、半導(dǎo)體存儲器和輸入/輸生接口等芯片組裝而成，使得微型機(jī)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(jī)系統(tǒng)，其性能介于小型計算機(jī)和微型計算機(jī)之間。一般具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(jī)。應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)上的計算機(jī)，這種計算機(jī)簡化了普通個人計算機(jī)中支持計算機(jī)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(jī)簡稱為“NC”1.2數(shù)據(jù)運算二進(jìn)制是計算機(jī)功能得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)，任何

16、計算機(jī)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)在機(jī)器內(nèi)部都表示為“。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數(shù)制及其轉(zhuǎn)換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)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)一1寸于每一個數(shù)位i,其該位上的權(quán)為Rio對于一個用R進(jìn)制表示

17、的數(shù)，可以按權(quán)展開為N計算機(jī)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列由了這四種常用數(shù)制的基本規(guī)則。表1-1計算機(jī)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（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)212402312202112002-112-2(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

18、“用要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制整數(shù)去除以基數(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，直到莫一步乘積的小數(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,在這種情況下得到的是

19、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)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，然后寫由每一組的等值八進(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)13.72

20、4轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。(13.724)8(001011.111010100)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，然后寫由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(00101011.01011110)2(101011.0101111)2八進(jìn)制與十六進(jìn)制相互轉(zhuǎn)換。通常采用二進(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。

21、1.2.2 數(shù)據(jù)的表示在計算機(jī)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(jī)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。通常用兇原表示數(shù)X的原碼。例如，設(shè)機(jī)器字長為8位，則有下列結(jié)果。1原00000001-1原100000010原00000000-0原10000000按照原碼編碼規(guī)則，零有兩種表示形式。原碼表示方法簡明易懂，與其真值

22、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。通常用兇反表示數(shù)X的反碼。例如，設(shè)機(jī)器字長為8位，則有下列結(jié)果。1反00000001-1反11111110反00000000-0反11111111按照反碼編碼規(guī)則，零也有兩種表示形式，反碼同樣不方便運算。(3)補(bǔ)碼。補(bǔ)碼源于模和同余的概念，是為了方便計算機(jī)進(jìn)行加減運算而引入的。最高位是符號位，正數(shù)的補(bǔ)碼等于其原碼，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于其

23、反碼最后一位加上1.通常用X補(bǔ)表示數(shù)X的反碼。例如，設(shè)機(jī)器字長為8位，則有下列結(jié)果。1補(bǔ)00000001-1補(bǔ)11111111補(bǔ)00000000-0補(bǔ)00000000按照補(bǔ)碼編碼規(guī)則，零有唯一的表示形式。采用補(bǔ)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(bǔ)碼進(jìn)行加減運算時，若運算結(jié)果不超由機(jī)器所表示范圍，則有如下關(guān)系。XY補(bǔ)兇補(bǔ)Y補(bǔ)X-Y補(bǔ)兇補(bǔ)卜Y補(bǔ)(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。通常用兇移表示數(shù)X的移碼，設(shè)機(jī)器字長為n,取1位符號位，真值X所對應(yīng)的移碼如下。X移2n-1x(-2n-1X2n-1)實際應(yīng)

24、用中，不用上面關(guān)系式計算移碼。機(jī)器數(shù)補(bǔ)碼與移碼的符號位互補(bǔ)，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，n1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，它一定是純小數(shù)，n1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(jī)器數(shù)0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)，則稱為溢由此時計算機(jī)暫停當(dāng)前工作，而轉(zhuǎn)去進(jìn)行溢由處理。與定點數(shù)

25、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(jī)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(jī)器中，一般按照下列形式構(gòu)成浮點數(shù)。在這種表示法中，階碼一般是原碼、補(bǔ)碼或移碼，尾數(shù)一般是原碼或補(bǔ)碼。浮點數(shù)表示有一定范圍，超生后就會溢由。設(shè)浮點數(shù)階碼和尾數(shù)均用補(bǔ)碼表示，階碼為ml位（其中1位是符號位），尾數(shù)為n1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)。

26、1985年IEEE提由了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1-3IEEE754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個不同的數(shù)符，4位二進(jìn)制可組成16種不同的代碼，從中選由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

27、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。上述幾種碼制與十進(jìn)制數(shù)符的對應(yīng)關(guān)系如表1-4所示。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。1.2.3 算術(shù)運算1.定點加減運算從原理上說，原碼、反碼、補(bǔ)碼都能進(jìn)行加減運算，但由于補(bǔ)碼運算比較方便，所以大多數(shù)情況下都是采用補(bǔ)碼進(jìn)行加減運算。補(bǔ)碼加法公式如下。XY補(bǔ)兇補(bǔ)Y補(bǔ)補(bǔ)碼減法可以看作負(fù)數(shù)加法

28、，這樣可以使減法與加法使用同一個加法器，簡化計算機(jī)設(shè)計，公式如下。X-Y補(bǔ)兇補(bǔ)-Y補(bǔ)兇補(bǔ)-Y補(bǔ)由兇補(bǔ)求-X補(bǔ)的方法是X補(bǔ)的各位取反（包括符號位），末尾加1.補(bǔ)碼運算時，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)X1001,Y0101，求XY、X-Y的值。X補(bǔ)01001,Y補(bǔ)00101,-Y補(bǔ)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(jī)中，數(shù)的表示范圍是有限的，若運算結(jié)果超由該范圍，就稱為溢由，此時計算機(jī)要停止運算，進(jìn)行中斷處理。判斷是否溢由，常用下述方法。單符號位判別法。設(shè)兇補(bǔ)Xs.X1X2Xn,Y補(bǔ)Ys.Y1Y2

29、Yn,二者的和（差）為S補(bǔ)Ss.S1S2Sn當(dāng)Xs和Ys不相等時，結(jié)果不會溢由。當(dāng)XsYs0,Ss1時，產(chǎn)生上溢。當(dāng)XsYs1,Ss0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（C11）,而符號位不產(chǎn)生進(jìn)位（Cs0）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（C10）,而符號位產(chǎn)生進(jìn)位（Cs1）時，發(fā)生下溢。雙符號為判別法。將符號位擴(kuò)充到兩位S1和S2,用S1S200表示正數(shù)，S1S211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。S1S20

30、0結(jié)果為正數(shù)，無溢由S1S201結(jié)果正溢S1S210結(jié)果負(fù)溢S1S211結(jié)果為負(fù)數(shù)，無溢由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)R2時，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(bǔ)碼表示時，規(guī)格化后尾數(shù)最高位與符號位不同，即當(dāng)時，應(yīng)是0.1的形式。而當(dāng)時，應(yīng)是1.0的形式。設(shè)有兩個浮點數(shù)X和Y,它們分別是X2ExFx,Y2EyFy.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中有一個數(shù)為0,那么就可得知運算結(jié)果而不再進(jìn)行

31、后繼的操作。對階操作。首先求生階碼之差，若，說明X和Y階碼相同，可以直接進(jìn)行尾數(shù)加減運算。若，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)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)溢由，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)沒有溢由，但數(shù)值部分的最高位與符號位相同，表明不滿足規(guī)格化，此時應(yīng)使尾數(shù)結(jié)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

32、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”.恒置1法”只要有數(shù)位被移由，就在尾數(shù)的末尾恒置”1”.3.浮點乘除運算設(shè)有兩個浮點數(shù)X和Y,它們分別是X2ExFxY2EyFy浮點乘法運算規(guī)則是XY2(ExEy)(FxFy),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+Y2(Ex-Ey)(Fxy),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

33、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邏輯運算邏輯數(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(jī)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，對奧數(shù)進(jìn)行邏輯非運算，就是按位求它的反，常用變量上方加一橫來表示。設(shè)一個數(shù)x表示成對x求邏輯非，則有.其中.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，.若。則.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”來表示。設(shè)有兩個數(shù)x和y,它們表

34、示為，若。則.4.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，.若。則.1.2.5字符編碼1.字符的表示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。在莫些應(yīng)用中，需要使用ASCII碼的高位信息，這種被擴(kuò)充的編碼方式稱為擴(kuò)展A

35、SCII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(jī)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)共收集常用漢字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

36、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)碼區(qū)位碼（十六進(jìn)制）2020H.（3）機(jī)內(nèi)碼。漢字處理系統(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

37、機(jī)內(nèi)部的惟一編碼稱為機(jī)內(nèi)碼，機(jī)內(nèi)碼編碼時要避免該二義性。機(jī)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鈍機(jī)內(nèi)碼國標(biāo)碼8080H.1.3指令系統(tǒng)指令是指示計算機(jī)執(zhí)行莫種操作的命令，一臺計算機(jī)所有指令的集合構(gòu)成該機(jī)器的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)決定了計算機(jī)硬件的主要性能和基本功能，它應(yīng)根據(jù)計算機(jī)的使用要求來設(shè)計，不僅與計算機(jī)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(jī)系統(tǒng)軟、硬件的界面，是了解或設(shè)計一臺計算機(jī)系統(tǒng)的基本由發(fā)點。1.3.1 計算機(jī)指令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

38、長度指一個指令宇中包含的二進(jìn)制代碼位數(shù)，機(jī)器字長指計算機(jī)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。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，但取由一整條指令需要多次訪問內(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/輸由設(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

39、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 指令執(zhí)行控制在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

40、,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，取由該指令的代碼，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)生一系列控制信號。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。(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

41、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，即指兩條指令的莫些操作同時進(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。相鄰兩條指令的莫些操作可以同時進(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

42、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存儲體系存儲介質(zhì)是指用來制作存儲信息的物質(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

43、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CPU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

44、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。1.4.1 主存儲器1.主存記憶元件主存儲器按照存取限制可以分為RAM（隨機(jī)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），后者只能在線取(讀)。(1) RAM記憶元件。RAM要求元件具有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，能讀生兩種穩(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)。DR

45、AM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，它在由廠時各處熔絲都是完好的，均表示“1當(dāng)用戶需要將其中更位置“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EPROM.又稱為可擦除可編程ROM,是一種可改寫的ROM,目前用

46、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(kuò)展，就構(gòu)成容量更大的存儲體陣列。常用擴(kuò)展方式包括字?jǐn)U展方式、位擴(kuò)展方式和段擴(kuò)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桂有許多存儲元電路，為能對它們進(jìn)行有效驅(qū)動，在譯碼器輸由端每條字線上都要加一個驅(qū)動奧TUTo一個信號從發(fā)生到穩(wěn)定，有一個過程，為了能進(jìn)行有效讀寫，必須考慮

47、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.又稱同步動態(tài)隨機(jī)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) DDRSDRAM.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生數(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(jī)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

48、數(shù)據(jù)。(4) XDRDRAM.又稱極度數(shù)率動態(tài)隨機(jī)存儲器，是RDRAM的改進(jìn)，主要采用了改進(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(jì)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)來表示。(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。

49、(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來衡量。1.4.2輔助存儲器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(jī)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)由脈沖電流，從而完成讀

50、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)槟獋€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(qiáng)，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。時，

51、寫電流由負(fù)向正跳變一次。當(dāng)記錄連續(xù)的?；?時，信號交界處也要翻轉(zhuǎn)一次。這種能夠方式具有自同步能力，抗干擾能力強(qiáng)，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

52、的磁道數(shù)。磁道還可以分成若干個扇區(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7K。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

53、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)傳輸率和外部數(shù)據(jù)傳輸率兩種。內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率主要由主軸的轉(zhuǎn)速來決定。外部數(shù)據(jù)傳輸率是系統(tǒng)總線與硬盤緩沖區(qū)之間的數(shù)據(jù)傳輸率，它與接口類型和緩存大小有關(guān)。(8)誤碼率。從輻存讀生數(shù)據(jù)時，由錯信息與讀生的總信息位數(shù)之比。為了減少由錯率，需要采用校