微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述第1第1章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述一、主要內(nèi)容微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概要講解現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本知識和發(fā)展歷史，主要分為以下幾個(gè)部分的內(nèi)容：微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展歷史；微型計(jì)算機(jī)采用的常用編碼、數(shù)據(jù)格式及運(yùn)算方法；微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。二、難點(diǎn)分析1．微型計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制后綴表示法是對不同進(jìn)制數(shù)所采用的一種規(guī)范表示法，具體如下：（1）二進(jìn)制：以B作為后綴，這個(gè)模擬開關(guān)元件的表示方法，是最常見的表示方法。（2）八進(jìn)制：以Q作為后綴，3位二進(jìn)制表示一位八進(jìn)制，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中較少使用。（3）十進(jìn)制：以D作為后綴或缺省，在計(jì)算機(jī)中用BCD碼來表示十進(jìn)制。（4）十六進(jìn)制：以H作為后綴，4位二進(jìn)制表示一位十六進(jìn)制數(shù)，其在計(jì)算機(jī)匯編語言設(shè)計(jì)中十分普遍。2．帶符號數(shù)表示法與運(yùn)算帶符號數(shù)的表示主要有真值、原碼、反碼、補(bǔ)碼4種表示形式。（1）真值：是某個(gè)帶符號數(shù)的真實(shí)值，通常是用十進(jìn)制表示，+/–號表示符號。（2）原碼：將真值前面的正（負(fù)）號用代碼0（1）表示且放在數(shù)值位前面，并且數(shù)值部分用二進(jìn)制表示。（3）反碼：將原碼的符號位不變，數(shù)值位按位取反。（4）補(bǔ)碼：在反碼的末位加1。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，算術(shù)運(yùn)算都是以補(bǔ)碼為基礎(chǔ)，操作數(shù)是補(bǔ)碼的形式表示，運(yùn)算結(jié)果也是以補(bǔ)碼形式表示或存儲。補(bǔ)碼的加減運(yùn)算法則是：兩個(gè)數(shù)做加（減）運(yùn)算，其運(yùn)算之和（差）的補(bǔ)碼等于兩數(shù)補(bǔ)碼的和（差）。[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)[X–Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)–[Y]補(bǔ)三、例題詳解例1．（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9） （10）分析：要深入理解計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)、指令的傳輸，首先要熟悉計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)表達(dá)形式。通過不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換，能增加初學(xué)者對數(shù)據(jù)正確表達(dá)的敏感程度，為以后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。例2．PC主要由哪幾部分組成？其主要性能指標(biāo)有哪些？答：主板是計(jì)算機(jī)中各個(gè)部件工作的母體，它把計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件通過各種總線緊密槽、主升級。CPU（CentralProcessingUnit）即中央處理器，作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，CPU是整個(gè)系統(tǒng)最高執(zhí)行單元，因此CPU已成為決定微型計(jì)算機(jī)性能的核心部件，很多用戶都以它為主要標(biāo)準(zhǔn)來判斷計(jì)算機(jī)的檔次。其主要指標(biāo)為主頻、集成度、緩存大小等。內(nèi)存又叫內(nèi)部存儲器，體積小，速度快，有電可存，無電清空。其主要指標(biāo)為內(nèi)存主頻和容量。硬盤是主要的外部存儲器，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會丟失。其主要指標(biāo)有單盤片容量、轉(zhuǎn)速、傳輸速率、緩存、平均尋道時(shí)間等。顯卡與顯示器配合輸出圖形、圖像和文字，其作用是負(fù)責(zé)將CPU送來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成顯示器識別的模擬信號，傳送顯示器上顯示出來。其主要指標(biāo)有工作頻率、顯示緩存大小、像素填充率等。網(wǎng)卡是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的連接接口，有10MB/s、100MB/s、1000MB/s等不同的傳輸速度。另外還有聲卡、光驅(qū)、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、音箱、打印機(jī)、攝像頭、掃描儀、數(shù)碼像機(jī)等設(shè)備。分析：我們早已處于PC時(shí)代，微型計(jì)算機(jī)幾乎涉及人們生活、學(xué)習(xí)和工作的方方面面，因此，對PC的組成有個(gè)全面而基本的了解應(yīng)當(dāng)是非常有意義的一件事。四、習(xí)題與解答1．名詞解釋：微處理器、總線、存儲器。答：CPU是CentralProcessingUnit（中央處理器）的縮寫，它是計(jì)算機(jī)中最重要的一個(gè)部分，由運(yùn)算器和控制器組成。它是指計(jì)算機(jī)內(nèi)部對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并對處理過程進(jìn)行控制的部件，伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，芯片集成密度越來越高，CPU可以集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上，這種具有中央處理器功能的大規(guī)模集成電路器件，被統(tǒng)稱為“微處理器”。CPU從最初發(fā)展至今按照其處理信息的字長可以分為4位微處理器、8位微處理器、16位微處理器、32位微處理器以及64位微處理器?？梢哉f個(gè)人計(jì)算機(jī)的發(fā)展是隨著CPU的發(fā)展而前進(jìn)的?？偩€（Bus）一般指通過分時(shí)復(fù)用的方式，將信息以一個(gè)或多個(gè)源部件傳送到一個(gè)或多個(gè)目的部件的一組傳輸線，是計(jì)算機(jī)中傳輸數(shù)據(jù)的公共通道。如果按照總線上傳輸信息的性質(zhì)劃分，總線可以分為：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線。根據(jù)連接功能劃分，又可以分為：內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線、外部總線。存儲器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放指令和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息，這些數(shù)據(jù)和指令均以二進(jìn)制的形式保存在存儲器中。2．填空（1） （2）（3） （4）（5） （6）（7） （8）（9） （10）3．用補(bǔ)碼寫出下列減法的步驟。（1）（2）4．微型計(jì)算機(jī)由哪幾個(gè)部分組成？簡述各部分功能特點(diǎn)。答：微型計(jì)算機(jī)由硬件部分和軟件部分組成。硬件部分主要包括：運(yùn)算器（實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和其他操作）、控制器（執(zhí)行指令，從而控制計(jì)算機(jī)的工作）、存儲器（存儲以二進(jìn)制代碼形式保存的數(shù)據(jù)和指令）、輸入/輸出設(shè)備及接口電路（計(jì)算機(jī)與外界進(jìn)行信息交換的接口設(shè)備）、總線（計(jì)算機(jī)各個(gè)部件進(jìn)行信息傳輸?shù)墓餐ǖ溃＼浖糠种饕ǎ翰僮飨到y(tǒng)（主要系統(tǒng)程序的集合，用以對系統(tǒng)的硬件、軟件資源進(jìn)行管理）、語言處理系統(tǒng)（用以實(shí)現(xiàn)人、機(jī)的通訊，在通信時(shí)將高級語言程序編譯成計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制機(jī)器指令）、應(yīng)用軟件、軟件開發(fā)環(huán)境。5．衡量CPU的性能指標(biāo)有哪些？舉例說明。答：CPU是整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的核心，它往往是各種檔次微機(jī)的代名詞，CPU的性能大致上反映出微機(jī)的性能，因此它的性能指標(biāo)十分重要。CPU主要的性能指標(biāo)有：（1）主頻即CPU的時(shí)鐘頻率（CPUClockSpeed）。一般說來，主頻越高，CPU的速度越快。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，并非所有時(shí)鐘頻率相同的CPU性能都一樣。（2）內(nèi)存總線速度（Memory-BusSpeed）指CPU與二級（L2）高速緩存和內(nèi)存之間的通信速度。（3）擴(kuò)展總線速度（Expansion-BusSpeed）指安裝在微機(jī)系統(tǒng)上的局部總線如VESA或PCI總線接口卡的工作速度。（4）工作電壓（SupplyVoltage）指CPU正常工作所需的電壓。早期CPU的工作電壓一般為5V，隨著CPU主頻的提高，CPU工作電壓有逐步下降的趨勢，以解決發(fā)熱過高的問題。（5）地址總線寬度決定了CPU可以訪問的物理地址空間，地址線的寬度為32位或64位時(shí)，分別最多可以直接訪問B或B的物理空間。（6）數(shù)據(jù)總線寬度決定了CPU與二級高速緩存、內(nèi)存以及輸入/輸出設(shè)備之間一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘?。?）L1高速緩存即一級高速緩存。內(nèi)置高速緩存可以提高CPU的運(yùn)行效率。內(nèi)置的L1高速緩存的容量和結(jié)構(gòu)對CPU的性能影響較大，不過高速緩沖存儲器均由靜態(tài)RAM組成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級高速緩存的容量不可能做得太大。主頻和一、二級緩存，這3個(gè)性能一般來說都是越高越好的。6．簡述微型計(jì)算機(jī)中總線的功能。答：所謂總線（Bus），一般指通過分時(shí)復(fù)用的方式，將信息以一個(gè)或多個(gè)源部件傳送到一個(gè)或多個(gè)目的部件的一組傳輸線，是計(jì)算機(jī)中傳輸數(shù)據(jù)的公共通道。按照功能劃分，總線大體上可以分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。有的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)總線和地址總線是復(fù)用的，即總線在某些時(shí)刻出現(xiàn)的信號表示數(shù)據(jù)而另一些時(shí)刻表示地址；而有的系統(tǒng)是分開的。按照傳輸數(shù)據(jù)的方式劃分，總線可以分為串行總線和并行總線。串行總線中，二進(jìn)制數(shù)據(jù)逐位通過一根數(shù)據(jù)線發(fā)送到目的器件；并行總線的數(shù)據(jù)線通常超過兩根。按照時(shí)鐘信號是否獨(dú)立，總線可以分為同步總線和異步總線。同步總線的時(shí)鐘信號獨(dú)立于數(shù)據(jù)，而異步總線的時(shí)鐘信號是從數(shù)據(jù)中提取出來的。SPI、I2C是同步串行總線，RS232采用異步串行總線。7．內(nèi)存和外存有什么區(qū)別？答：內(nèi)存為內(nèi)部存儲器的簡稱，外存為外部存儲器的簡稱。內(nèi)存速度較快，容量較小，它可直接向運(yùn)算器和控制器（CPU）提供數(shù)據(jù)和指令，用于存放計(jì)算機(jī)當(dāng)前正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。與內(nèi)存相