《微型計算機原理與接口技術》第5版第1章緒論《微型計算機原理與接口技術》1§1.2計算機的基本結構§1.2計算機的基本結構2歷史1946年，美國賓夕法尼亞大學研制成功第一臺通用可編程計算機ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）17000個電子管500英里導線重量超過30噸運算速度10萬次/秒電子管的功耗大，壽命低，維護難。歷史1946年，美國賓夕法尼亞大學研制成功第一臺通用可編程計3歷史ENIAC推動世界進入了電子計算機時代。編程方法：重新連接線路來實現編程。

許多工人化幾天，對6000多個開關定位，再用轉插線連接各控制部件以構成程序序列，很像電話總機的接線。歷史ENIAC推動世界進入了電子計算機時代。編程方法：重新連4歷史后來采用機器語言（MachineLanguage）編程由1和0組成的代碼構成指令（Instruction）,告訴計算機要執行的運算和操作。提高了編程的效率，但用到很多代碼，仍很費時。馮

諾依曼結構計算機數學家馮

諾依曼（JohnVonNeumann）開發出了能接收指令，并將指令保存在存儲器中的系統。為紀念他，常將計算機稱為馮

諾依曼結構的機器。半個多世紀以來，計算機技術不斷發展，相繼出現了各種類型的計算機，就其結構而言，都是馮諾依曼計算機結構的延續和發展。歷史后來采用機器語言（MachineLanguage）編程51.2.1計算機的基本結構1.2.2計算機軟件§1.2計算機的基本結構1.2.1計算機的基本結構§1.2計算機的基本結構1.2.1計算機的基本結構1.計算機的基本組成馮.諾依曼計算機的基本框圖，包含5個部分：運算器存儲器控制器輸入設備輸出設備讀/寫指令程序和數據處理結果1.2.1計算機的基本結構1.計算機的基本組成運算器存儲71.計算機的基本組成

存儲器（Memory）

以二進制形式存放原始數據、中間結果和程序。

運算器（ArithmeticUnit）

執行算術運算（＋－×÷）、邏輯運算（與、或、非、異或）和移位等操作的部件，包含：

加法器或算術邏輯單元（ArithmeticLogicUnit，ALU），累加器（Accumulator）。

控制器（ControlUnit）

指揮和控制各部件協調工作，例如取指令，譯碼，形成控制命令，讓計算機按程序設定的步驟自動操作。1.計算機的基本組成存儲器（Memory）81.計算機的基本組成

輸入設備（InputDevice）輸入原始數據和程序，轉換成計算機能識別的信息，送入存儲器去等待處理。早期的輸入設備只有紙帶讀入機和電傳。

輸出設備（OutputDevice）輸出運算結果。打印機是常用的輸出設備，后來又發明了顯示器、磁帶機和磁盤等。1.計算機的基本組成輸入設備（InputDevice）91.計算機的基本組成運算器和控制器稱為中央處理單元

（CentralProcessingUnit，CPU）CPU+存儲器稱為主機輸入設備+輸出設備稱為外部設備（外設）（Peripherals）或I/O設備1.計算機的基本組成運算器和控制器稱為中央處理單元101.計算機的基本組成CPU由門電路、寄存器和觸發器等高速電子電路組成，經歷了電子管、晶體管、集成電路(IC)、大規模集成電路(LSI)和超大規模集成電路(VLSI)等幾代。IC技術發展,把整個CPU做在一塊芯片上，稱為微處理器（Microprocessor），習慣稱為CPU。典型微處理器：Intel:8086、80286、80386、80486、Pentium等，Zilog:Z80、Z8000等。用微處理器設計的計算機稱為微型計算機（Micro-computer）。早期的微型計算機，如1980年代初推出的IBMPC機以8086/8088為CPU。由于速度較低，外設種類較少，處理能力有限，主要處理個人事務，故稱之為個人計算機（PersonalComputer，PC）。1.計算機的基本組成CPU由門電路、寄存器和觸發器等高速電112.計算機的工作過程1）上機前，先把要求解的問題分解為計算機能執行的基本運算，編寫好程序，程序由一條條指令組成。2）將編寫好的程序和要處理的原始數據，通過輸入設備送到計算機的存儲器中存放好。

每個存儲單元有一個編號，稱之為地址，指令和數據按一定的順序存放在存儲器中。2.計算機的工作過程1）上機前，先把要求解的問題分解為計算機122.計算機的工作過程3）啟動計算機執行程序。即從程序指定的存儲器地址開始逐條取出指令，送到控制器，經譯碼后產生各種控制信號，送到其它部件，自動執行指令規定的操作。控制器可以向存儲器發讀/寫命令，允許從存儲器中取出數據（讀），送往運算器進行運算，也可以將運算結果或中間結果送回存儲器的指定單元（寫），運算完成后將最終結果送到輸出設備。控制器向運算器發出各種操作命令，指揮它完成算術運算或邏輯運算等操作。控制器還可向輸入或輸出設備發啟動或停止等命令。2.計算機的工作過程3）啟動計算機執行程序。即從程序指定的存132.計算機的工作過程4）計算機執行完一條指令后，會自動指向下一條指令的地址，繼續取出下一條指令，經譯碼分析后執行，直至遇到程序中的停機指令后才停止操作。僅有CPU、存儲器、外設等硬件（Hardware）構成的計算機稱為“裸機”。裸機什么也不會做，必須有指令和程序等軟件（Software）配合，才能按設定步驟快速、自動地執行希望的操作。2.計算機的工作過程4）計算機執行完一條指令后，會自動指向下14§1.2計算機的基本結構1.2.1計算機的基本結構1.2.2計算機軟件§1.2計算機的基本結構1.2.1計算機的基本結構151.2.2計算機軟件1.指令和程序程序由一條條指令組成，將它和需要處理的數據一起以二進制的形式送到計算機的存儲器中，再啟動計算機工作，使機器按這些命令一步步執行。例如，要讓計算機完成操作(a+b)

c，假設a、b、c已存入存儲器，就要編寫以下指令序列：從存儲器中取出a，送到運算器；從存儲器中取出b，在運算器中進行(a+b)運算；從存儲器中取出c送到運算器；執行(a+b)

c操作；運算結果送到存儲單元，也可輸出到外設。1.2.2計算機軟件1.指令和程序161.指令和程序指令—用命令形式表示讓計算機執行的各種操作。指令集—一臺計算機所能識別和執行的全部命令稱為該機器的指令集（InstructionSet）或指令系統。不同計算機有不同的指令系統，包含的指令數也不一樣。程序—讓計算機求解一個數學問題或者完成一項復雜工作前，要把解決問題的過程分解為若干步驟，并用指令序列來表示，以便控制計算機完成這項任務，這樣的指令序列就叫程序(Program)。1.指令和程序指令—用命令形式表示讓計算機執行的各種操作。172.指令的組成和機器碼計算機只認得二進制，因此指令都用二進制表示，稱為機器碼（MachineCode）。指令由操作碼（Opecode）和操作數（Operand）組成，操作碼說明計算機執行什么操作，操作數指出參加操作的數的本身或操作數所在的地址。2.指令的組成和機器碼計算機只認得二進制，因此指令都用二進制182.指令的組成和機器碼例如，在8086CPU中，把數字1200H取到累加器AX中去的指令的機器碼為：操作碼B8H，規定了要從后面兩個字節單元中取出一個2字節數（1200H），送到累加器AX中的操作。數據存放：低字節放在前面，高字節放在后面。指令中的16進制數，在計算機中要存放為二進制。2.指令的組成和機器碼例如，在8086CPU中，把數字12192.指令的組成和機器碼初期，就是用指令的機器碼直接來編制程序的，處于機器語言階段。機器碼是一連串的0和1組成的代碼，輸入計算機時，由紙帶穿孔機在紙帶上鑿孔，有孔表示1，無孔表示0。這種代碼不好理解和記憶，還很容易出錯，所以編程是一件極其繁雜而困難的工作。2.指令的組成和機器碼初期，就是用指令的機器碼直接來編制程序203.匯編語言

AssembleLanguage匯編語言用助記符（Mnemonic）代替二進制的機器碼，用指令功能的英文縮寫代替操作碼，用符號代替地址，用寄存器存放地址等，用匯編語言程序編程比機器語言方便。例如，對于8086

數據傳送指令用助記符MOV（Move）

加法指令用ADD（Addition）

跳轉指令用JMP（Jump）

用RESULT、SUM等符號來表示存儲單元地址

將1200H送到累加器AX中去的指令為：MOVAX，1200H3.匯編語言

AssembleLanguage匯編語言213.匯編語言例1.13

編寫求解（2+3）=5的匯編語言程序，要求將和存入SUM單元。程序如下： MOV AX，2 ;累加器AX←2 ADD AX，3;AX←AX+3 MOV SUM，AX

;結果單元SUM←和數53.匯編語言例1.13223.匯編語言匯編語言程序比機器語言程序進了一大步。但計算機只認識由0、1組成的機器碼。

因此，匯編語言程序必須翻譯成機器碼表示的目標程序（ObjectProgram），才能被計算機識別和執行。能讓計算機自動完成翻譯工作的程序稱為匯編程序（Assembler）。3.匯編語言匯編語言程序比機器語言程序進了一大步。233.匯編語言匯編語言的不足之處匯編語言的語句與機器語言一一對應，因此匯編語言程序語句很多，編程工作很繁瑣。程序員必須十分熟悉CPU的指令系統。匯編語言的針對性很強，在某種機器上編寫的匯編語言程序，不能直接在別的機器上運行。于是，各種高級語言應運而生。3.匯編語言匯編語言的不足之處244.高級語言

High-levelProgrammingLanguage更接近于人們使用習慣的程序設計語言。允許用英文編寫解題的計算程序；程序中的運算符號和式子，與數學式子類似；程序員不必了解具體的機器，就能編寫出通用性更強的程序。例如BASIC、FORTRAN、PASCAL、COBOL、JAVA、C、C++4.高級語言

High-levelProgramming254.高級語言用高級語言編寫的程序，必須翻譯成機器指令表示的目標程序，計算機才能執行。因此，需要有各種翻譯程序。例如：BASIC用的解釋程序（Interpreter）FORTRAN、C、COBOL等用的編譯程序（Compiler）4.高級語言用高級語言編寫的程序，必須翻譯成機器指令表示的目264.高級語言高級語言有許多優點，使用極廣泛。

特別是C/C++，允許程序員幾乎完全控制程序設計環境和計算機系統，在許多情況下能替代匯編語言。匯編語言在程序設計中仍是重要角色，例如，為PC寫的視頻游戲程序，幾乎都用匯編語言編寫。只有對計算機軟、硬件了解很透徹的高水平人員，才能熟練地用匯編語言編程。4.高級語言高級語言有許多優點，使用極廣泛。275.操作系統

OperatingSystem早期計算機既無鍵盤、顯示器、磁盤等外設，也無操控程序。用戶帶著記錄有程序和數據的卡片或打過孔的紙帶，撥動計算機面板上的開關將程序輸入機器運行。計算機技術發展到多道程序能成批自動運行，于是出現了能控制計算機中所有資源（CPU、存儲器、I/O設備及各種軟件），使多道程序能成批自動運行，且充分發揮各種資源最大效能的操作系統（OS）。5.操作系統

OperatingSystem早期計算機285.操作系統操作系統是計算機中不可缺少的系統軟件，它直接控制和管理系統中的軟、硬件資源，合理組織工作流程，并提供各種服務功能，使用戶能靈活有效地使用計算機。操作系統包括5個方面的功能：

處理器管理、存儲器管理、設備管理、文件管理、作業管理根據使用環境和提供的功能，分為：

分時操作系統、實時操作系統、網絡操作系統、分布式操作系統

等5.操作系統操作系統是計算機中不可缺少的系統軟件，它直接控制295.操作系統1973年，比爾

蓋茨設計出了第一個BASIC語言解釋器，為MS-DOS操作系統奠定了基礎，并憑借該項目的版權費創建了Microsoft（微軟）公司。1980年代，微軟為IBMPC機開發了第一個磁盤操作系統DOS(DiskOperationSystem)。DOS使用字符界面，用戶從鍵盤輸入命令執行程序；開始是單任務操