1、海量的課程、資料，就來“高端課網”，：外泄計算機組專題一 計算概論內容詳解 一、微機硬件技術的發展（一）計算機的發展階段（二）計算機的未來發展趨勢1. 巨型化2. 微型化3. 智能化4. 網絡化（三）計算機的特點1. 運算速度快2. 計算機精度高3. 邏輯運算能力強4.容量大5. 自動化程度高6. 性價比高（四）計算機的分類1.按工作原理的劃分模擬式計算機數字式計算機數字模擬混合式計算機2.按用途的劃分通用計算機計算機3.按性能的劃分（國際上的分類標準）需要可（同號）：64462131第一代1946-1957 年電子管計算機第二代1958-1964 年晶體管計算機第三代1965-中小規模集成電

2、路計算機第四代1972-至今大規模和超大規模集成電路計算機海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄巨型機大型機/中型機/小型機微型機（五）計算機的應用領域1. 科學計算利用計算機來完成科學研究和工程技術中提出的數學問題的計算。2. 數據處理數據處理是對各種數據進行收集、整理、分類、統計、利用、等一系列活動的統稱。據統計，80%以上的計算機主要用于數據處理。3. 計算機輔助技術計算機輔助設計（CAD）計算機輔助制造（CAM）計算機輔助教學（CAI）計算機輔助測試（CAT）計算機輔助工程（CAE）4. 過程計算機過程5.人工智能已在機械、冶金、紡織、水電、航天等部門得到廣泛的應用。人工智能是計

3、算機模擬人類的智能活動。例如，模擬高水平醫學進行疾病診療的專，具有一定思維能力的智能6.網絡應用計算機技術與通信技術的結合人等等。了計算機網絡。7.多技術最初的計算機只能處理文字，但是在 20 世紀 80 年代，由于新技術的運用，計算機可以處理文字、圖像、動畫、聲音等各種數據，這種技術被稱為“多8.電子商務技術”。電子商務通常是指在全球各地廣泛的商業貿易活動中，在因特網開放的網絡環境下，基于瀏覽器/服務器應用方式不見面地進行各種商貿活動，實現消費者的網上購物、商戶之間的網上和電子支付以及各種商務活動、活動、金融活動和相關的綜合服務活動的一種新型的商業運營模式。電子商務分為：ABC、B2B、B2

4、C、C2C、B2M、M2C、B2A（即 B2G）、C2A（即 C2G）、O2O 等。二、微型計算機的體系結構一個微型計算包括硬件和軟件兩大部分。硬件是由各種電介質、磁介質及機械的器件組成的物理實體，包括運算器、器、器、輸入設備和輸出設備等五基本類需要可（同號）：64462131海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄別。軟件則是有關文檔的總稱，包括系統軟件和應用軟件兩大類。微型計算機的硬件系統是由主（一）主和外部設備兩部分組成的。運算器微處理器器寄存器I/O 接口主機只讀器內器隨機器數據總線系統總線地址總線總線1.微處理器使用大規模電路或超大規模集成電路技術，可以將計算機的處理器（CPU）

5、制作一個（有時是多個）半導體上，這種半導體集成電路就是微處理器。2.內器計算機具有超強的記憶能力，是因為計算機中有器部件。器中的單元。每個單元都可以存放一個 8 位二進制信息，這樣的單元被稱為一個字節。通常，器中的一個字節可以存放 0-255 之間的一個無符號整數或一個字符的 ASCII 碼。（1）隨機隨機存取器器（RAM）又稱作“隨機器”，是與 CPU 直接交換數據的內部器，也叫主存（內存）。它可以隨時讀寫，而且速度很快，通常作為操作系統或其他正在運行中的程序的臨時數據媒介。（2）只讀器只讀器（ROM）。ROM 所存數據，一般是裝入整機前事先寫好的，整機工作過程中只能讀出，而不像隨機器那樣能

6、快速地、方便地加以改寫。ROM 所存數據穩定，斷電后所存數據也據。改變；其結構較簡單，讀出較方便，因而常用于各種固定數3.輸入/輸出接口需要可（同號）：64462131海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄要將各種各樣的外部設備與計算機連接起來，并能協調地工作，就要通過各種接口來連接。接口是指不同的系統之間及同一個系統內部的各部分之間相互交流信息的約定或具體實現。4.系統總線系統總線是微中各部件之間傳輸信息的公共通路。信息可以從多個信息源中的任一信息源通過總線傳送到多個信息接收部件中的任一部件。總線首先包括一組物理導線，這是信息傳輸的物理媒質。（1） 地址總線地址總線用來傳送CPU 發出

7、的地址信息，是單向總線。（2） 數據總線數據總線用來傳送數據信息，是雙向總線。（3）總線總線用來傳送（二）外設系統信號、時序信號和狀態信息等，是雙向總線。微型計算機的外部設備包括外器、輸入設備、輸出設備外部設備外器輸入設備輸出設備硬盤軟盤光盤鍵盤鼠標顯示器打印機1.外外形式器器又稱輔助信息的其他器或者輔存，是計算中除內器外，以計算機能接受的，如：硬盤、軟盤、光盤、U 盤等。它們的特點是能長期保存數據，量大。而且設備價格便宜，（1）軟盤簡介軟盤是個人計算機中最早使用的可移介質。軟盤的讀寫是通過軟盤驅動器完成的。軟盤驅動器設計能接收可移動式軟盤，目前常用的就是容量為 1.44MB 的 3.5 英寸

8、軟盤。軟盤存取速度慢，容量也小，但可裝可卸、攜帶方便。作為一種可移貯存方法，它是用于那些需要被物理移動的小文件的理想選擇。需要可（同號）：64462131海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄特點成本低；重量輕；價格便宜；攜帶方便；易于保存。原理軟盤是按磁道和扇區來信息的。磁道是由外向內的一個個同心圓，磁道編號從外向內越來越大；每個磁分成若干個區，扇區數由系統的格式化定。每個扇區可以若干個字節，字節數也是由格式化磁道，每道有 18 個扇區，每個扇區可（2）硬盤簡介定的。1.44MB 軟盤片有兩面，每面有 80 個512 個字節。硬盤器的介質材料是一種由鋁合金材料制成的圓盤，盤的兩面涂有磁

9、性物質。微機上硬盤器均采用技術制造（故又稱）。需要可（同號）：64462131海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄特點容量大，相對于內存而言價格較便宜。原理硬盤作為一種磁表面器，是在非磁性的合金材料表面涂上一層很薄的磁性材料，通過磁層的磁化來信息。硬盤主要由磁盤和磁頭及電路組成，信息在磁盤上，磁頭負責讀出或寫入。計算機一開機，其磁盤就開始高速旋轉。磁頭可以采用輕質薄膜部件，盤片在高轉下產生的氣生的氣流浮力迫使磁頭離開盤面懸浮在盤片上方，浮力與磁頭座架彈簧的反向彈力使得磁頭保持平衡。這樣的非接觸式磁頭可以有效地減小磨損熱量及阻力。擦產生的當硬盤接到一個系統數據指令后磁頭根據給出的地址，首

10、先按磁道號產生驅動信號進行，然后再通過盤片的轉動找到具體的扇區，最后由磁頭指置的信息并傳送到硬盤自帶的Cache 中。（3）光盤簡介光盤是利用激光原理進行讀、寫的設備，是迅速發展的一種輔助器，可以存放各種文字、聲音、圖形、圖像和動畫等多數字信息。需要可（同號）：64462131海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄特點容量大；裝卸方便；經久耐用分類CD 光盤、VCD 激光視盤、DVD 數字多用光盤。（4）U 盤簡介U 盤，全稱USB 閃存盤，英文名“USB flash disk”。它是一種使用 USB 接口的無需物，通過 USB 接口與電腦連接，實現即插即用。U 盤的理驅動器的微型高容量

11、移動稱呼最早來源于科技生產的一種新型設備，名曰“優盤”，使用 USB 接口進行連接。U 盤連接到電腦的USB 接口后，U 盤的資料可與電腦交換。特點小巧便于攜帶、工作原理容量大、價格便宜、性能可靠。計算機把二進制數字信號轉為復合二進制數字信號（加入分配、核對、堆棧等指令），讀寫到 USB適配接口，通過處理信號分配給 EEPROM的相應地址二進制數據，實現數據的2.輸入設備。輸入設備是計算機的外部設備之一，是向計算機輸送數據的設備。其功能是將計算機的需要可（同號）：64462131海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄程序、文本、圖形、圖像、聲音以及現場的各種數據轉換為計算機能處理的數據形

12、式并輸送到計算機內部。常見的輸入設備有鍵盤和鼠標等。（1）鼠標簡介計算機的一種輸入設備，分有線和無線兩種，也是計算機顯示系統坐標的指示器，因形似老鼠而得名“鼠標”（港臺作滑鼠）。鼠標的使用是為了使計算機的操作更加簡便快捷，來代替鍵盤那繁瑣的指令。分類按接口類型分類：串行鼠標、PS/2 鼠標、總線鼠標、USB 鼠標。按工作原理分類：機械鼠標、光機鼠標、光電鼠標、光學鼠標。（2）鍵盤簡介鍵盤是用于操作設備運行的一種指令和數據輸入裝置，也指經過系統安排操作一臺或設備的一組功能鍵（如打字機、電腦鍵盤）。鍵盤也是組成鍵盤樂器的一部分，也可以指使用鍵盤的樂器，如鋼琴、數位鋼琴或電子琴等，鍵盤有助于練習打字

13、。分類按工作原理劃分：機械鍵盤薄膜式鍵盤、導電橡膠式鍵盤、無接點靜電電容鍵盤。按外部形態劃分：標準鍵盤和3.輸出設備工程學鍵盤。輸出設備的功能是將計算機中的數據信息傳送到外部媒介，并轉化成某種人們所認識的表示形式。在微型計算機中，最常用的輸出設備有顯示器和打印機。（1）顯示器簡介顯示器（display）通常也被稱為監視器。顯示器是屬于電腦的 I/O 設備，即輸入輸出設 備。它是一種將一定的電子文件通過特定的傳輸設備顯示到屏幕上再反射到人眼的顯示工具。分類CRT：陰極管顯示器。LED：發光二極管顯示器。LCD：液晶顯示器。 PDP：等離子顯示器。3D：3D 顯示器。性能指標分辨率：指屏幕像素的點

14、陣。點距：是屏幕上熒光點之間的距離。需要可（同號）：64462131海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄刷新頻率：每分鐘內屏幕畫面更新的次數。屏幕：矩形屏幕對角線的長度。（2）打印機簡介打印機是計算機的輸出設備之一，用于將計算機處理結果打印在相關介質上。分類按工作原理劃分：擊打式打印機（針式打印機）和非擊打式打印機（激光打印機和噴墨打印機）。數據傳輸方式劃分：串行打印機和并行打印機。性能指標打印速度：用字符/秒表示。打印分辨率：用DPI（點每英寸）表示。最大打印：一般為 A4 和A3 兩種紙型。三、計算機的性能指標（一）字長字長以二進制為，是 CPU 能夠同時處理的二進制數據的位數，它

15、直接關系到計算機的計算精度和運算能力。微機字長一般都是以 2 的 n 次方為位等。（二）運算速度的，如 4 位、8 位、16計算機的運算速度（平均運算速度）是指每秒鐘所能執行的指令條數，一般用百萬條指令/秒（MIPS）來描述。由于微機執行不同類型指令所需時間是不同的，所以通常用各類指令的平均執行時間和相應指令的運行比例進行綜合計算，作為衡量微機運行速度的標準。（三）時鐘頻率主頻時鐘頻率是指CPU 在時間（秒）內發出的脈沖數。通常，時鐘頻率以兆赫（MHz）和（GHz）為。一般的，時鐘頻率越高，其運算速度就越快。（四）內存容量內存一般以 KB、MB 或 GB 為。內存的容量反映了內器數據的能力。存

16、儲容量越大，其主機處理數據的范圍就越廣，運算速度一般也就越快。（五）對內周期器進行一次完整的讀寫操作所需的時間稱為存取周期，即從發出一次讀寫命令到能夠發出下一次讀寫命令所需要的最短時間。四、微型計算機的基本工作過程計算機的基本結構是由美籍匈牙利科學家馮·諾依曼于 1946 年提出的。迄今為止所有投入使用的計算機·諾依曼提出的結構體系和工作原理來設計制造的，故又統稱為需要可（同號）：64462131海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄“馮·諾依曼型計算機”（一）馮·諾依曼型計算機的兩大特征1. 程序將事先編好的程序存入計算機中，計算機按照這些程序自

17、動運行，這是計算機自動連續工作的基礎。2. 采用二進制采用二進制形式所有的信息，是馮·諾依曼型計算機的另一個特征，換句話說，計算機內不管是程序還是待處理的數據或是其他信息均為二進制編碼形式。（二）馮·諾依曼型計算機的工作原理1.程序將要執行的2.程序數據事先編成二進制形式的編碼存入主器中。命令結果器數據命令數據結果運算器控制器CPU主機需要可（同號）：64462131輸出設備輸入設備海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄專題二器與 I/O 設備考點梳理一、器（一）概述1.器的分類2.器的層次結構（1）性能指標速度、容量和每位價格（簡稱位價）。一般來說，速度越價就越高，

18、而且容量越大，速度就越低。人們追求大容量、高速度、低價位的器，可惜這是很難達到的，這就需要系統來平衡各種器。（2）層次結構實際上，系統層次結構主要體現在緩存-主存和主存-輔存這兩個-主存層次主要解決 CPU 和主存速度不匹配的問題，主存-輔存層次主要解決層次上。緩存系統的容量問題。現代的計算系統。（二）主器幾乎都具有這兩個層次，了緩存、主存、輔存三級1.主存中主存各單元地址的分配單元的空間位置是由單元地址號來表示的，而地址總線是用來指出單元地址號的，根據該地址可讀入或寫入一個字。不同的字長也不同，為了滿足字字長都取 8 的倍數。通常計算機符處理的需要，常用 8 位二進制數表示一個字節，因此系統

19、既可以按字尋址，也可按字節尋址。2.數據在主存中的存放在采用字節編址的情況下，數據在主器中的三種不同存放方法。假設，字為64 位（8 個字節），讀/寫的數據有四種不同長度，它們分別是字節（8 位）、半字（16 位）、需要可（同號）：64462131海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄單字（32 位）和雙字（64 位）。請注意：此例中數據字長（32 位）不等于字長（64 位）。現有一批數據，它們依次為：字節、半字、雙字、單字、半字、單字、字節、單字。（1）不浪費器的存放方法四種不同長度的數據一個緊接著一個存放。優點是不浪費寶貴的主存，但存在的問題是：當而且讀寫的一個雙字、單字或半字比較復

20、雜。兩個字時，器的工作速度降低了一倍，（2）從字的起始位置開始存放方法無論要存放的是字節、半字、單字或雙字，都必須從字的起始位置開始存放，而空余部分浪費不用。優點是：無論一個字節、半字、單字或雙字都可以在一個存取周期內完成，讀寫數據的比較簡單。缺點是：浪費了寶貴的器。（3）邊界對數據存放方法雙字地址的最末三個二進制位必須為 000，單字地址的最末兩位必須為 00，半字地址的最末一位必須為 0。它能夠保證無論雙字、單字、半字或字節，都在一個存取周期內完成，盡管器仍然有浪費，但是浪費比第種存放方法要。需要可（同號）：64462131海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄3.主存的技術指標主存

21、的主要技術指標是容量和速度。（1）容量容量是指主存能存放二進制代碼的總位數，即：容量=單元個數* 它的容量也可用字節總數來表示，即：字長容量=單元個數*字長/8容量為 256MB，目前的計算機容量大多以字節數來表示，例如，某機主存的則按字節尋址的地址線位數對應 28 位。（2）速度速度是由存取時間和存取周期來表示的。存取時間又稱為器的所需的全部時間。時間，是指啟動一次器操作（讀或寫）到完成該操作存取周期是指器進行連續兩次的器操作（如連續兩次讀操作）所需的最小間隔時間，通常存取周期大于存取時間。4.半導體的基本結構現代計算機的主存都由半導體集成電路，而半導體采用超大規模集成電路內集成具有記憶功能

22、的矩陣、譯碼驅動電路和讀/寫電路等。制造工藝，在一個譯碼驅動能把地址總線送來的地址信號翻譯成對應寫電路的配合下完成對被選中單元的讀/寫操作。單元的選擇信號，該信號在讀/讀/寫電路包括讀出放大器和寫入電路，用來完成讀/寫操作。通過地址總線、數據總線和（1）地址總線總線與外部連接。地址線是單向輸入，其位數與（2）數據總線容量有關。數據線是雙向的（有的可用成對出現的數據線分別作為輸入或輸出），其位數與芯片可讀出或寫入的數據位數有關，數據線的位數與容量有關。地址線和數據線的位數共的容量。例如，地址線為 10 根，數據線為 4 根，則容量為 210*4=4K；同反映需要可（同號）：64462131海量的

23、課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄又如地址線為 14 根，數據線為 1 根，則其容量為 16K 位（3）總線線主要有讀/寫線與片選線兩種，讀/寫線決定進行讀/寫操作，片選線用來選擇。5.動態RAM 的刷新刷新的過程實質上是先將過程。信息讀出，再由刷新放大器形成原信息并重新寫入的再生由于單元被是隨機的，有可能某些單元長期得不到，不進行器的讀/寫操作，其單元內的原信息將會慢慢消失。為此，必須采用定時刷新的方法，它規定在一定的時間內，對動態 RAM 的全部基本單元電路必作一次刷新，一般取 2ms，這個時間稱為刷新周期，又稱再生周期。刷新是一行行進行的，必須在刷新周期內，由的刷新電路來完成對基本電

24、路的逐行刷新，才能保證動態 RAM 內的信息式刷新：集中刷新、分散刷新和異步刷新。（1）集中刷新丟失。通常有三種方在規定的一個刷新周期內，對全部讀/寫操作。（2）分散刷新單元集中一段時間逐行進行刷新，此刻必須停止對每行單元的刷新分散到每個存取周期內完成。其中，把的存取周期分成兩段，前半段用來讀/寫或維持信息，后半段用來刷新。（3）異步刷新前兩種方式的集合，既可縮短“死時間”，又充分利用最大刷新間隔為 2ms 的特點。6.器與CPU 的連接要組成一個主存，首先要考慮選片的問題，然后就是如何把連接起來的問題。根據器所要求的容量和選定的的容量，就可以計算出總的數，即：（1）位擴展位擴展指只在位數方向

25、擴展（加大字長），而的字數和器的字數是一致的。位擴展的連接方式是將各的地址線、片選線和讀/寫線相應地并聯起來，而將各的數據線單獨列出。如用 64K×1 的 SRAM組成 64K×8 的器，需要 8 個。具體連接如下圖所示：需要可（同號）：64462131容量地址數據器64K×816 位8 位64K×116 位1 位海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄當 CPU器時，其發出的地址和信號同時傳給 8 個該，選中每個的同一單元，其單元的內容被同時讀至數據總線的相應位，或將數據總線上的內容分別同時寫入相應單元。（2）字擴展字擴展是指僅在字數方向擴展，而位

26、數不變。字擴展將的地址線、數據線、讀/寫線并聯，由片選信號來區分各個。如用 16K×8 的 SRAM 組成 64K×8 的器，需要 4個。具體連接如下圖所示：需要可（同號）：64462131容量地址數據器64K×816 位8 位16K×814 位8 位海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄在同一時間內四個中只能有一個被選中。四個的地址分配如下：需要可（同號）：64462131海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄（3）字和位同時擴展當一個容量較大的器時，往往需要在字數方向和位數方向上同時擴展，這將是前兩種擴展的組合，實現起來也是很容易的。如用

27、 16K×4 的 SRAM 組成 64K×8 的器，需要 8 個。需要可（同號）：64462131容量地址數據器64K×816 位8 位16K×414 位4 位海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄（三）高速緩沖1. Cache 概述（1）Cache 提出的背景器（Cache）在多體并行 系統中，由于 I/O 設備向主存請求的級別高于 CPU 訪存，這就出現了CPU 等待 I/O 設備訪存的現象，降低了 CPU 的工作效率。為了避免 CPU 與 I/O 設備爭搶訪存，在 CPU 和 主存之間加一級緩存；另一角度看，Cache 的提出也緩解了主存和

28、CPU 之間速度不匹配的問題。（2）Cache 的工作原理任何時刻一些主存塊處在緩存塊中。CPU 欲讀出主存某字時，有兩種可能：一種是所需的字已在緩存中，即可直接Cach（e CPU 與Cache 之間通常一次傳送一個字），這種情況我們稱為“CPUCache 命中”；另一種是所需的字不在 Cache 中，此時需將該字所在的主存整個字塊一次調入 Cache 中（Cache 與主存之間是字塊傳送）。如果主存塊已調入緩存塊，則稱主存塊與緩存塊建立了對應關系。這種情況我們稱為“CPU不命中”。CacheCache 的容量與塊長是影響 Cache 效率的重要因素，通常用“”來衡量 Cache 的效率。是

29、指CPU 要的信息已在Cache 內的比率。在一個程序執行期間，設 A 為H年 Cache 的總命中次數，B 為主存的總次數，則H=A/(A+B)時間，t 為未命中時的主存時間，1-H 表示未時間 TaTa=T*H+t（1-H）設T 為命中時的Cache則 Cache-主存系統的平均，當然，以較小的硬件代價使Cache-主存系統的平均時間 Ta 越接近于 T 越好。用E 表示效率：E=Ta/T*100%上面我們介紹的是讀操作，而對于寫操作比較復雜，因為對 Cache 塊內寫入的信息，必須與被的主存塊內的信息完全一致。當程序運行過程中需對某個單元進行寫操作時，會出現如何使Cache 與主存內容保

30、持一致的問題。目前主要采用以下幾種方法：寫直達法，即寫操作時數據既寫入Cache 又寫入主存。隨時能保證主存和 Cache 的數據始終一致，但增加了訪存次數；寫，即寫操作時只把數據寫入 Cache 而不寫入主存，但當 Cache 數據被替換出去時才寫回主存，這樣就會導致 Cache 中的數據會與主存中的不一致。為了識別 Cache 中的數據是否與主存一致，Cache 中的每一塊要增設一個標志位，該位有兩個狀態：“清”（表示未修改過，與主存一致）和“濁”（表示修改過，與主存不一致）。2. Cache 主存地址需要可（同號）：64462131海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄由主存地址到

31、Cache 地址稱為地址。地址方式有很多，有直接（固定的關系）、全相聯（1）直接（靈活性大的關系）、組相聯（上述兩種的折中）。每個主存塊只與一個緩存塊相對應，關系式為i=j mod C 或 i=j mod 2C（其中，i 為緩存塊號，j 為主存塊號，C 為緩存塊數）例：緩存有 0-3 號四塊，主存有 0-15 號十六塊，則直接應關系如下表方式主存塊和緩存塊的對這種方式的優點是實現簡單，只需利用主存地址的某些位直接，即可確定所需字塊是否在緩存中；缺點是不夠靈活，因每個主存塊只能固定地對應某個緩存塊，即使緩存內還空著許多位置也不能利用。（2）全相聯主存中每一字塊到Cache 中的任何一塊位置上。優

32、點是靈活，命中率；缺點就是所需的邏輯電路甚多，成本較高。全相聯率也高，縮小了塊（3）組相聯組相聯是對直接和全相聯的一種折中。它把 Cache 分為 Q 組，每組有 R塊，則i=j mod Q（i 為緩存的組號，j 為主存的塊號）本質為分組采用的是直接的理念，而在每個分組內采用的是全相聯3.替換策略的理念。當新的主存塊需要調入 Cache 并且它的可用空間位置又被占滿時，需要替換掉 Cache 的數據，這就產生了替換策略（算法）問題。常用的替換算法有先進先出（First-In-First-Out， FIFO）算法，近期最少使用（Least Recently Used，LRU）算法，隨機法。（詳見

33、操作系統進程調度算法）（四）輔助器輔存（外存）的分類在專題一的外設系統中已經詳講，在這我們來學習一下數據在層次的表示，而其中關于定點數和浮點數中講解。1.數據的在專題處理器計算機的運算方法需要可（同號）：64462131緩存塊主存塊00，4，8，1211，5，9，1322，6，10，1433，7，11，15海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄（1） 位計算機中最小的數據 是二進制的一個數位，簡稱為位（bit，比特）。計算機中最直接、最基本的操作就是對二進制位的操作。一個二進制位可表示兩種狀態（0 或 1）。兩個二進制位可表示四種狀態（00，01，10，11）。位數越多，所表示的狀態就越

34、多。（2） 字節為了表示人讀數據中的所有字符（字母、數字以及各種符號，大約有 256 個），需要用 7 位或 8 位二進制數。因此，人們選定 8 位為一個字節（byte），通常用 B 表示。字節是計算機中用來表示空間大小的最基本的容量。例如，計算機內存的容量、磁盤的容量等都是以字節為表示的。除用字節為表示容量外，還可以用千字節（KB）、兆字節（MB）以及千兆字節（GB）等表示關系：1 B = 8 bit1 KB = 210 B =1024 B1 MB = 220 B =1024 KB1 GB = 230 B = 1024 MB1 TB = 240 B = 1024 GB（3）字字是由若干字節組

35、成（通常取字節的整數倍）。字是計算機進行數據容量。它們之間存在下列換算和數據處理的基本運算。字長是計算機性能的重要標志，它是一個計算機字所包含的二進制位的個數。不同檔次的計算機有不同的字長。按字長可以將計算機劃分為 8 位機（如 Apple、中華學習機）、16 位機（如 286 機）、32 位機（如 386 機、486 機）、64 位機（奔騰系列微機或巨型機）。計算機的字長是在設計時規定的，它表示、傳送、處理數據的信息。“字長”越長，在相同時間內能傳送的信息越多，從而使計算機運算速度越快；“字長”越長，計算機有更大的尋址空間，從而使計算機的內系統支持的指令數量越多，功能也就越強。2.字符的編碼

36、（1）BCD 碼器容量更大；“字長”越長，計算機人們習慣于使用十進制數，而計算機內部多采用二進制數表示和處理數值數據，因此在計算機輸入和輸出數據時，就要進行由十進制到二進制和從二進制到十進制的轉換處理，這是多數應用環境的實際情況。顯然，這項事務性工作如果由人工來完成，勢必造成大量時間浪費。因此，必須采用一種編碼的方法，由計算機來完成這種識別和轉換工作。人們通常采用把十進制數的每一位分別寫成二進制數形式的編碼，稱為二十進制編碼或BCD 編碼。BCD 編碼方法很多，通常采用的是 8421 編碼。這種編碼較為自然、簡單。其方法是需要可（同號）：64462131海量的課程、資料，就來“高端課網”，：

37、外泄用四位二進制數表示一位十進制數，自左至右每一位對應的位權分別是 8，4，2，1。值得注意的是，四位二進制數有 00001111 十六種狀態，這里我們只取了 00001001 十種狀態。而 10101111 六種狀態在這種編碼中沒有意義。這種編碼的另一特點是書寫方便、直觀、易于識別。例如十進制數 864，其 BCD 進制編碼為（2）ASCII 碼在將用匯編語言或各種高級語言編寫的程序輸入到計算機中時，人與計算機通信所用的語言，已不再是一種純數學語言了，而多為符號式語言。因此，需要對各種符號進行編碼，以使計算機能識別、傳送和處理。當微型計算機上采用七位 ASCII 碼作為機內碼時，只使用每個字

38、節的后七位，最恒為 0。八位 ASCII 碼需用八位二進制數進行編碼。當最為 0 時，稱為基本 ASCII 碼（編碼與七位 ASCII 碼相同），當最為 1 時，形成擴充的 ASCII 碼，它表示數的范圍為 128255，可表示 128 種字符。通常各個字的代碼。（3）奇偶都把擴充的ASCII 碼作為語言文為了校驗編碼的正確性，在被傳送的 n 位代碼上增加一位校驗位，并使其配置后的 n+1位代碼中“1”的個數為奇數，則稱其為奇校驗；若配置后“1”的個數為偶數，則稱其為偶而言，倘若傳送過程中“1”的個數不為奇數，則表明傳送出錯，可見，校驗。對于奇奇具有檢錯能力。同理，偶（4）循環冗余也具有檢錯能

39、力。磁表面器由于磁介質表面的缺陷、塵埃等，致使出現多個錯誤碼。循環冗余校驗碼可以發現并糾正信息在或傳送過程中連續出現的多位錯誤代碼。因此，CRC 校驗碼在磁介質器和計算機之間通信方面得到廣泛應用。CRC 碼是基于模 2 運算而建立編。碼規律的3.漢字的編碼（1）國標碼信息交換用漢字編碼字符集·基本集是我國于 1980 年制定的標準GB231280，代號為國標碼，是規定的用于漢字信息交換使用的代碼的依據。GB231280 中規定了信息交換用的 6763 個漢字和 682 個非漢字圖形符號（包括幾種外文字母、數字和符號）的代碼。一級漢字一級漢字按拼音字母順序排列；若遇同音字，則按起筆的筆

40、形順序排列；若起筆相同，則按第二筆的筆形順序排列，依此類推。需要可（同號）：64462131864100001100100海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄漢字漢字按偏旁部首順序排列。（2）機內碼漢字的機內碼是供計算內部進行、處理、傳輸統一使用的代碼，又稱為漢字內部碼或漢字內碼。不同的系統使用的漢字機內碼有可能不同。目前使用最廣泛的一種為兩個字節的機內碼，俗稱變形的國標碼。這種格式的機內碼是將國標 GB2312-80 交換碼的兩個字節的最分別置為 1 而得到的。其最大優點是機內碼表示簡單，且與交換碼之間有明顯的對應關系，同時也解決了中西文機內碼存在的二義性的問題。例如“中”的國標碼為

41、十六進制 5650（0101011001010000），其對應的機內碼為十六進制 D6D0（11010110 11010000），同樣，“國”字的國標碼為 397A，其對應的機內碼為B9FA。（3）輸入碼漢字輸入碼是漢字通過鍵盤輸入計算機而設計的代碼。漢字輸入編碼方案很多，其表示形式大多用字母、數字或符號。輸入碼的長度也不同，多數為四個字節。綜合起來可分為流水碼、拼音類輸入法、拼形類輸入法和音形結合類輸入法幾大類。（4）字形碼漢字字形碼是漢字字庫中的漢字字形的數字化信息，用于漢字的顯示和打印。目前漢字字形的產生方式大多是數字式，即以點陣方式形成漢字。因此，漢字字形碼主要是指漢字字形點陣的代碼。

42、漢字字形點陣有 16×16 點陣、24×24 點陣、32×32 點陣、64×64 點陣、96×96 點陣、128×128 點陣、256×256 點陣等。二、輸入輸出系統（一）主機與外設的連接1.輸入輸出接口主機和外設的連接方式有輻射型連接、總線型連接等。輸入/輸出接口（I/O 接口）是主機和外設之間的交接界面，通過接口可以實現主機和外設之間的信息交換。主機和外設各自具有的工作特點，它們在信息形式和工作速度上具有很大的差異，接口正是為了解決這些差異而設置的。2.接口的功能和基本組成（1）接口的功能實現主機和外設的通信聯絡接口中

43、的同步電路用來解決主機與外設的時間配合問題。進行地址譯碼和設備選擇當 CPU 送來選擇外設的地址碼后，接口必須對地址進行譯碼以產生設備選擇信息，使主機能和指定外設交換信息。需要可（同號）：64462131海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄實現數據緩沖在接口電路中，一般設置有一個或幾個數據緩沖寄存器，用于數據的暫存，以避免因速度不一致而丟失數據。在傳送過程中，先將數據送入數據緩沖寄存器中，然后再送到輸出設備或主機中去。數據格式的變換在輸入或輸出操作過程中，為了滿足主機或外設的各自要求，接口電路中必須具有完成各類數據相互轉換的功能。傳遞命令和狀態信息當 CPU 要啟動某一外設時，通過接口

44、中的命令寄存器向外設發出啟動命令；當外設準備就緒時，則有狀態信息送回接口中的狀態寄存器，為 CPU 提供反饋信息，告訴 CPU， I/O 設備已經具備和 CPU 交換數據的條件。當外設向 CPU 提出中斷請求和 DMA 請求時， CPU 也有相應的響應信號反饋給外設。（2）接口的基本組成接口中要分別傳送數據信息、信息和狀態信息，數據信息、信息和狀態信息都通過數據總線來傳送。大多數計算機都把 I/O 設備的狀態信息視為輸入數據，而把信息看成輸出數據，并在接口中分設各自相應的寄存器，賦以不同的端口地址，各種信息分時地使用數據總線傳送到各自的寄存器中。接口與端口是兩個不同的概念。端口是指接口電路中可

45、以進行讀/寫的寄存器，若干個端口加上相應的邏輯電路才組成接口。通常，一個接口中包含有數據端口、端口和狀態端口。存放數據信息的寄存器稱為數據端口，存放命令的端口稱為命令端口，存放狀態信息的寄存器稱為狀態端口。CPU通過輸入指令可以從有關端口中讀出信息，通過輸出指令可以把信息寫入有關端口。對狀態端口只進行輸入操作，將設備狀態標志送到CPU 中去；對命令端口只進行輸出操作，CPU將向外設各種命令。因此，在有的接口電路中狀態信息和信息共用一個寄存器，稱之為設備的狀態寄存器。3.外設的識別與端口尋址外設識別是通過地址總線和接口電路中的外設識別電路來實現的，I/O 端口地址就是主機與外設直接通信的地址，C

46、PU 可以通過端口I/O 端口編址方式有兩種：一種是 I/O命令、狀態和傳送數據。方式，即把 I/O 端口地址與主存單元地址分別進行的編址。主存地址空間和 I/O 端口地址空間是相對的，分別單獨編址，在指令系統中必須設置專門的 I/O 指令；另一種是器方式，即把端口地址與主存單元地址統一編址。I/O 端口地址和主存單元的地址是統一編址的，把 I/O 接口中的端口作為主存單元一樣進行，不設置專門的 I/O 指令。4.輸入/輸出信息傳送方式需要可（同號）：64462131海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄主機和外設之間的信息傳送方式，經歷了由低級到高級、由簡單到復雜、由集中管理到各部件分

47、散管理的發展過程，按其發展的先后次序和主機與外設并行工作的程度，可以分為四種。（1） 程序方式程序方式是一種程序直接方式，這是主機與外設間進行信息交換的最簡單方式，輸入和輸出完全是通過CPU 執行完成的。這種方式簡單，但外設和主機不能同時工作，各外設之間也不能同時工作，系統效率很低，因此，僅適用于外設的數目不多，對 I/O 處理的實時要求不那么高，CPU 的操作任務比較單一，并不很忙的情況。（2）斷方式外設在作好輸入/輸出準備時，向主機發中斷請求，主機接到請求后就暫時中止原來執行的程序，轉去執行中斷服務程序對外部請求進行處理，在中斷處理完畢后返回原來的程序繼續執行。斷不僅主機和外設同時并行工作

48、，并且一臺主機管理多臺外設。但是完成一次斷需要許多輔助操作，可能使 CPU 應接不暇；對于一些高速外設，可能會造成信息丟失，因此，它主要適用于中、低速外設。（3）直接器存取（DMA）方式DMA 方式是在主器和外部設備之間開辟直接的數據通路，可以進行基本上不需要CPU 介入的主存和外設之間的信息傳送，這樣不僅能保證 CPU 的高效率，而且能滿足高速外設的需要。DMA 方式只能進行簡單的數據傳送操作，在數據塊傳送的起始和結束時還需 CPU 及中斷系統進行預處理和后處理。（4）I/O 通道方式通道是一個具有特殊功能的處理器，它能地執行通道程序，產生相應的信號，實現對外設的統一管理和外設與主存之間的數

49、據傳送。但它不是一個完全的處理機，它要在CPU 的 I/O 指令指揮下才能啟動、停止或改變工作狀態，是從屬于CPU 的一個理器。一個通道執行輸入/輸出過程全部由通道按照通道程序自行處理，不論交換信息多少，只打擾 CPU 兩次（啟動和停止時）。處（二）中斷系統和1.中斷的基本概念（1）中斷的提出斷方式程序在方式存在著下列明顯的缺點：過程中，CPU 長期處于踏步等待狀態，使系統效率大大降低CPU 在一段時間內只能和一臺外設交換信息，其它設備不能同時工作需要可（同號）：64462131海量的課程、資料，就來“高端課網”，： 外泄不能發現和處理預先無法估計的錯誤和異常情況為了提高輸入/輸出能力和CPU

50、 的效率，50 年代中期，中斷傳送方式被引進計算。現代計算機，無論是巨型機、大型機、小型機還是微型機無不具有中斷能力。中斷系統是計算機實現中斷功能的軟、硬件總稱。一般在 CPU 中配置中斷機構，在外設接口中配置中斷器，在軟件上設計相應的中斷服務程序。（2）斷與調用子程序的區別表面上看起來，計算機的中斷處理過程有點類似于調用子程序的過程，這里現行當于主區別一斷服務當于子程序。但是，它們之間卻是有著本質上的區別的。子程序的執行是由程序員事先安排好的（由一條調用子程序指令轉入），而中斷服務程序的執行則是由隨機的中斷引起的。區別二子程序的執行受到主程序或上層子程序的， 而中斷服務程序一般與被中斷的現行

51、程序毫無關系。區別三不存在同時調用多個子程序的情況，而有可能發生多個外設同時請求 CPU 為的情況。（3）中斷的基本類型自愿中斷和強迫中斷服務自愿中斷又稱程序自中斷，它不是隨機產生的中斷，而是在安排的有關指令，這些指令可以使進入中斷處理的過程，如：指令系統中的軟件中斷指令等。強迫中斷是隨機產生的中斷，不是事先安排好的。當這種中斷產生后，由中斷系統強迫計算機中止現行程序并轉入中斷服務程序。斷和簡單中斷斷就是我們前面提到的中斷，主機在響應中斷請求后，通過執行一段中斷服務程序來處理更緊迫的任務。簡單中斷就是外設與主存間直接進行信息交換的方法，即DMA 方式。這種“中斷”不去執行中斷服務程序，故不破壞現行程序的狀態。主機發現有簡單中斷請求（也就是DMA請求）時，將讓出一個或幾個存取周期供外設與主存交換信息，然后繼續執行程序。內中斷和外中斷內中斷是指由于CPU 內部硬件或軟件引起的中斷。外中斷是指 CPU 以外的部件引起的中斷。向量中斷和非向量中斷向量中斷是指那些中斷服務程序的地址是由中斷提供的中斷。中斷在需要