1、第1章 微型計算機系統(tǒng)概述1.1 計算機的運算基礎1.2 計算機中數(shù)與字符的編碼1.3 微型計算機系統(tǒng)組成1.4 微型計算機的性能指標及分類1.5 多媒體計算機習題11.1 計算機的運算基礎計算機內(nèi)部的信息分為兩大類：控制信息和數(shù)據(jù)信息。控制信息是一系列控制命令，用于指揮計算機如何操作；數(shù)據(jù)信息是計算機操作的對象，一般又可分為數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)。數(shù)值數(shù)據(jù)用于表示數(shù)量的大小，它有確定的數(shù)值；非數(shù)值數(shù)據(jù)沒有確定的數(shù)值，它主要包括字符、漢字、邏輯數(shù)據(jù)等。對計算機而言，不論是控制信息還是數(shù)據(jù)信息，它們都要用“0”和“1”兩個基本符號(即基2碼)來編碼表示，這是由于：(1) 基2碼在物理上最容易實現(xiàn)。

2、例如，可用“1”和“0”表示高、低兩個電位，脈沖的有、無，脈沖的正、負極性等，可靠性都較高。(2) 基2碼用來表示二進制數(shù)，其編碼、加減運算規(guī)則簡單。(3) 基2碼的兩個符號“1”和“0”正好與邏輯數(shù)據(jù)“真”與“假”相對應，為計算機實現(xiàn)邏輯運算帶來了方便。1.1.1 數(shù)與數(shù)制進位計數(shù)制是一種計數(shù)的方法。在日常生活中，人們使用各種進位計數(shù)制如六十進制(1小時 = 60分，1分 = 60秒)、十二進制(1英尺 = 12英寸，1年 = 12月)等。但人們最熟悉和最常用的是十進制計數(shù)。十進制數(shù)的特點是“逢十進一，借一當十”，需要用到的數(shù)字符號有10個，分別是09。二進制數(shù)的特點是“逢二進一，借一當二”

3、，需要用到的數(shù)字符號有2個，分別是0、1。八進制數(shù)的特點是“逢八進一，借一當八”，需要用到的數(shù)字符號有8個，分別是07。十六進制數(shù)的特點是“逢十六進一，借一當十六”，需要用到的數(shù)字符號有16個，分別是09、AF。任意一個二進制數(shù)、八進制數(shù)和十六進制數(shù)也可用位權表示。例如：1.1.2 不同數(shù)制之間的轉換1. 十進制數(shù)與二進制數(shù)之間的轉換1) 十進制整數(shù)轉換成二進制整數(shù)方法：除2取余數(shù)，結果倒排列。具體做法：將十進制數(shù)除以2，得到一個商和一個余數(shù)；再將商除以2，又得到一個商和一個余數(shù)；繼續(xù)這一過程，直到商等于0為止。每次得到的余數(shù)(必定是0或1)就是對應的二進制數(shù)的各位數(shù)字。注意：第一次得到的余數(shù)

4、為二進制數(shù)的最低位，最后得到的余數(shù)為二進制數(shù)的最高位。【例1-1】 將十進制數(shù)97轉換成二進制數(shù)。其過程如下：最后結果為2) 十進制小數(shù)轉換成二進制小數(shù)方法：乘2取整數(shù)，結果順排列。具體做法：用2乘以十進制小數(shù)，得到一個整數(shù)和一個小數(shù)；再用2乘以小數(shù)部分，又得到一個整數(shù)和一個小數(shù)；繼續(xù)這一過程，直到余下的小數(shù)部分為0或滿足精度要求為止；最后將每次得到的整數(shù)部分(必定是0或1)按先后順序從左到右排列，即得到所對應的二進制小數(shù)?！纠?-2】將十進制小數(shù)0.6875轉換成二進制小數(shù)。其過程如下：最后結果為為了將一個既有整數(shù)又有小數(shù)部分的十進制數(shù)轉換成二進制數(shù)，可以將其整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進行轉換，

5、然后再組合起來。例如，把97.6875轉換成對應二進制數(shù)的過程如下：由此可得3) 二進制數(shù)轉換成十進制數(shù)方法：按位權展開后相加求和?！纠?-3】 將二進制數(shù)111.11轉換成十進制數(shù)。其過程如下：2. 十進制與八進制之間的轉換1) 十進制整數(shù)轉換成八進制整數(shù)方法：除8取余數(shù)，結果倒排列。具體做法：將十進制數(shù)除以8，得到一個商和一個余數(shù)；再將商除以8，又得到一個商和一個余數(shù)；繼續(xù)這一過程，直到商等于0為止。每次得到的余數(shù)(必定是小于8的數(shù))就是對應八進制數(shù)的各位數(shù)字。第一次得到的余數(shù)為八進制數(shù)的最低位，最后一次得到的余數(shù)為八進制數(shù)的最高位。【例1-4】 將十進制數(shù)97轉換成八進制數(shù)。其過程如下：

6、最后結果為2) 十進制小數(shù)轉換成八進制小數(shù)方法：乘8取整數(shù)，結果順排列。具體做法：用8乘以十進制小數(shù)，得到一個整數(shù)和一個小數(shù)；再用8乘以小數(shù)部分，又得到一個整數(shù)和一個小數(shù)；繼續(xù)這一過程，直到余下的小數(shù)部分為0或滿足精度要求為止；最后將每次得到的整數(shù)部分(必定是小于8的數(shù))按先后順序從左到右排列，即得到所對應的八進制小數(shù)。【例1-5】 將十進制小數(shù)0.6875轉換成八進制小數(shù)。其過程如下：最后結果為同理，一個十進制數(shù)可分解成整數(shù)和小數(shù)部分，分別轉換后合成即可。3) 八進制數(shù)轉換成十進制數(shù)方法：按位權展開后相加求和。【例1-6】 將八進制數(shù)141.54轉換成十進制數(shù)。其過程如下：最后結果為3. 十

7、進制與十六進制之間的轉換1) 十進制整數(shù)轉換成十六進制整數(shù)方法：除16取余數(shù)，結果倒排列。具體做法：將十進制數(shù)除以16，得到一個商和一個余數(shù)；再將商除以16，又得到一個商和一個余數(shù)；繼續(xù)這一過程，直到商等于0為止。每次得到的余數(shù)(必定是小于F的數(shù))就是對應十六進制數(shù)的各位數(shù)字。第一次得到的余數(shù)為十六進制數(shù)的最低位，最后一次得到的余數(shù)為十六進制數(shù)的最高位?！纠?-7】 將十進制數(shù)97轉換成十六進制數(shù)。其過程如下：最后結果為2) 十進制小數(shù)轉換成十六進制小數(shù)方法：乘16取整數(shù)，結果順排列。具體做法：用16乘以十進制小數(shù)，得到一個整數(shù)和一個小數(shù)；再用16乘以小數(shù)部分，又得到一個整數(shù)和一個小數(shù)；繼續(xù)這

8、一過程，直到余下的小數(shù)部分為0或滿足精度要求為止；最后將每次得到的整數(shù)部分(必定是小于F的數(shù))按先后順序從左到右排列，即得到所對應的十六進制小數(shù)?！纠?-8】 將十進制小數(shù)0.6875轉換成十六進制小數(shù)。其過程如下：最后結果為3) 十六進制數(shù)轉換成十進制數(shù)方法：按位權展開后相加求和。【例1-9】 將十六進制數(shù)61.B轉換成十進制數(shù)。其過程如下：最后結果為4. 二進制與八進制、十六進制數(shù)之間的轉換因為23 = 8，所以每三位二進制數(shù)對應一位八進制數(shù)；因為24 = 16，所以每四位二進制數(shù)對應一位十六進制。表1-1列出了十進制、二進制、八進制、十六進制數(shù)碼的對應關系，這些對應關系在后面的二進制、八

9、進制、十六進制相互轉換中要經(jīng)常用到。1) 二進制數(shù)轉換成八進制數(shù)方法：從小數(shù)點所在位置分別向左、向右每三位一組進行劃分。若小數(shù)點左側的位數(shù)不是3的整數(shù)倍，則在數(shù)的最左側補零；若小數(shù)點右側的位數(shù)不是3的整數(shù)倍，則在數(shù)的最右側補零。然后參照表1-1，將每三位二進制數(shù)轉換成對應的一位八進制數(shù)，排列后即為二進制數(shù)對應的八進制數(shù)。2) 八進制數(shù)轉換成二進制數(shù)方法：參照表1-1，將每一位八進制數(shù)分解成對應的三位二進制數(shù)，排列后即為八進制數(shù)對應的二進制數(shù)?！纠?-11】 直接將八進制數(shù)35.6轉換成二進制數(shù)。其過程如下：所以3) 二進制數(shù)轉換成十六進制數(shù)方法：從小數(shù)點所在位置分別向左、向右每四位一組進行劃分

10、。若小數(shù)點左側的位數(shù)不是4的整數(shù)倍，則在數(shù)的最左側補零；若小數(shù)點右側的位數(shù)不是4的整數(shù)倍，則在數(shù)的最右側補零。然后參照表1-1，將每四位二進制數(shù)轉換成對應的一位十六進制數(shù)，排列后即為二進制數(shù)對應的十六進制數(shù)?！纠?-12】 直接將二進制11110.11轉換成十六進制數(shù)。其過程如下：所以4) 十六進制數(shù)轉換成二進制數(shù)方法：參照表1-1，將每一位十六進制數(shù)轉換成對應的四位二進制數(shù)，排列后即為十六進制數(shù)對應的二進制數(shù)。【例1-13】 直接將十六進制數(shù)EF.C轉換成二進制數(shù)。其過程如下：所以1.2 計算機中數(shù)與字符的編碼1.2.1 數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼及其運算1. 二進制數(shù)據(jù)的編碼及運算在二進制數(shù)制中，數(shù)據(jù)

11、的正負號可以用一位二進制的“0”和“1”兩個狀態(tài)來表示，這樣，二進制數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中就能方便表示了。為了盡可能簡化對二進制數(shù)值數(shù)據(jù)實現(xiàn)算術運算的規(guī)則，機器將二進制數(shù)值數(shù)據(jù)進行編碼表示。為了討論方便，有必要引入兩個概念：機器數(shù)和機器數(shù)的真值(簡稱真值)。 機器數(shù)：帶符號的二進制數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)部的編碼。 真值：機器數(shù)所代表的實際值。一般機器數(shù)的最高有效位用來表示數(shù)的正負號，“0”表示正數(shù)，“1”表示負數(shù)。1) 二進制數(shù)原碼編碼方法原碼編碼的方法如下：設真值為X，機器字長為n位，則當X0時，X原 的最高位填0，其余n-1位填X的各數(shù)值位的位值。結論：二進制正、負數(shù)的原碼就是符號化的機器數(shù)真值本

12、身。注意：在原碼的表示中，真值0的原碼可表示為兩種不同的形式，即+0和-0。2) 二進制數(shù)反碼編碼方法反碼編碼的方法如下：設真值為X，機器字長為n位，則當X0時，X反的最高位填0，其余n-1位填X的各數(shù)值位的位值，即采用符號絕對值表示。結論：二進制正數(shù)的反碼就是其原碼。二進制負數(shù)的反碼就是機器數(shù)符號位保持不變，其余位按位取反。注意：在反碼的表示中，真值0的反碼也可表示為兩種不同的形式，即 +0和 -0。3) 二進制數(shù)補碼編碼方法補碼編碼的方法如下：設真值為X，機器字長為n位，則當X0時，X補 的最高位填0，其余n - 1位填X的各數(shù)值位的位值，即采用符號絕對值表示。結論：二進制正數(shù)的補碼就是其

13、原碼。二進制負數(shù)的補碼就是機器數(shù)符號位保持不變，其余位取反碼后末位加1。求負數(shù)的補碼有一種更簡便的方法：當X0時，X補 的最高位填1，其余n - 1位填X的各數(shù)值位按位取反(0變1，1變0)后末位加1的數(shù)值。注意： 在補碼表示法中，0只有一種表示，即000000。 對于10000000這個補碼編碼，其真值被定義為 -128?！纠?-17】 機器字長n = 16位，X =- 48D，求X補。-48D轉換為二進制數(shù)：-110000B。因為機器字長是16位，其中符號占了1位，所以數(shù)值占15位。將 -110000B寫成-000 0000 0011 0000B。0 000 0000 0011 0000B

14、按位求反后為1 111 1111 1100 1111B，末位加1后為1 111 1111 1101 0000B。所以，-48補 = 1 111 1111 1101 0000B，寫成十六進制數(shù)為0FFD0H，即-48補 = 0FFD0H。由此可看出，補碼數(shù)要擴展時，正數(shù)是在符號的前面補0，負數(shù)是在符號的前面補1。也就是說，補碼數(shù)擴展實際上是符號擴展。已知補碼求真值的方法是：當機器數(shù)的最高位(符號位)為0時，表示真值是正數(shù)，其值等于其余n - 1位的值；當機器數(shù)的最高位(符號位)為1時，表示真值是負數(shù)，其值等于其余n-1位按位取反后末位加1的值。例如：若X補 = 0 1111111，則X = (+

15、1111111)2 = (+127)10。若X補 = 1 1111111，則X = (-0000001)2 = (-1)10。下面討論補碼表示數(shù)的范圍。一般來說，如果機器字長為n位，則補碼能表示的整數(shù)范圍是 -2n1N2n1-1。例如，當n = 8時，-128N+127，其二進制補碼數(shù)范圍如表1-2所示。4) 二進制數(shù)補碼的運算補碼的運算規(guī)則是：X+Y補 = X補 + Y補XY補 = X補 + Y補 已知Y補，求Y補的方法是將Y補各位按位取反(包括符號位在內(nèi))末位加1。 現(xiàn)舉例說明以上兩個公式的正確性。 由此可看出，計算機引入了補碼編碼后，帶來了以下幾個優(yōu)點： (1) 減法轉化成了加法，這樣大

16、大簡化了運算器硬件電路的設計，加減法可用同一硬件電路進行處理。 (2) 運算時，符號位與數(shù)值位同等對待，都按二進制數(shù)參加運算，符號位產(chǎn)生的進位丟掉不管，其結果是正確的。這大大簡化了運算規(guī)則。運用以上兩個公式時，要注意以下兩點： (1) 公式成立有個前提條件，就是運算結果不能超出機器數(shù)所能表示的范圍，否則運算結果不正確，按“溢出”處理。 例如，設機器字長為8位，則128N+127，計算(+64)+(+65)。 顯然這個結果是錯誤的。究其原因是：(+64)+(+65)= +129+127，超出了字長為8位所能表示的最大值，產(chǎn)生了“溢出”，所以結果值出錯。 + 640 1000000+) + 65+

17、)0 1000001 +1291 0000001127 再如，計算(125)+(10)。顯然，計算結果也是錯誤的。其原因是：(125)+(10)= 135128，超出了字長為8位所能表示的最小值，產(chǎn)生了“溢出”，所以結果出錯。 1251 0000011+) 10+)1 1110110 135 10 1111001+121 (2) 采用補碼運算后，結果也是補碼，欲得運算結果的真值，還需進行轉換。 2. 無符號整數(shù)的編碼及運算規(guī)則 在某些情況下，計算機要處理的數(shù)據(jù)全是正數(shù)，此時機器數(shù)再保留符號位就沒有意義了。這時，將機器數(shù)最高有效位也作為數(shù)值位處理，也就是說，假設機器字長為n位，則有符號整數(shù)的編碼

18、可表示為 無符號整數(shù)的表示范圍是：0N2n1。符號位 數(shù)值位1位 n1位無符號整數(shù)的編碼可表示為 數(shù)值位n位 例如，當n=8位時，表示范圍是：0N255；當n=16位時，表示范圍是：0N65 535。 計算機中最常見的無符號整數(shù)是地址，另外，雙字長數(shù)據(jù)的低位字也是無符號整數(shù)。 要注意的是，計算機本身不論是對有符號數(shù)還是無符號數(shù)，總是按照補碼的運算規(guī)則做運算。例如，機器做這樣一個運算：也就是說，不論把二進制數(shù)解釋成有符號數(shù)還是無符號數(shù)，其結果都是正確的。因此，機器采用補碼編碼以后，不必針對無符號數(shù)和有符號數(shù)設計兩套不同的電路，無符號數(shù)和有符號數(shù)的運算是兼容的。這也是采用補碼后帶來的一大優(yōu)點。 3

19、. 十進制數(shù)的編碼及運算 人們在日常生活中習慣使用十進制數(shù)，而在計算機內(nèi)，采用二進制表示和處理數(shù)據(jù)更方便。因此，計算機在輸入和輸出數(shù)據(jù)時，要進行十二和二十的進制數(shù)轉換。但是，在某些特定的應用領域中(如商業(yè)統(tǒng)計)，數(shù)據(jù)的運算很簡單，但數(shù)據(jù)的輸入和輸出量很大，這樣，進制轉換所占的時間比例就會很大。從提高計算機的運行效率考慮，可以采用在計算機內(nèi)部直接用十進制表示和處理數(shù)據(jù)的方法。以下介紹在計算機內(nèi)部的十進制數(shù)的編碼方法及運算方法。十進制數(shù)的每一個數(shù)位的基為10，但到了計算機內(nèi)部，必須用基2碼對每個十進制數(shù)位進行編碼，所需要的最少的基碼的位數(shù)為lb 10(即log210)，取整數(shù)為4。4位基2碼有16

20、種不同的組合，怎樣從中選擇出10個組合來表示十進制數(shù)位的09，有非常多的方案，最常見的是8421碼。8421碼是指4個基2碼的位權從高到低分別為8、4、2、1，選擇的是0000，0001，0010，1001這10種組合，用來表示09這10個數(shù)位，如表1-3所示。這種編碼的特點是：這4個基2碼之間滿足二進制規(guī)則，而十進制數(shù)位之間是十進制計數(shù)規(guī)則。因此，這種編碼實質上是二進制編碼的十進制數(shù)(Binary Coded Decimal)，因此，簡稱BCD碼或二十進制碼。 BCD碼的運算規(guī)則：BCD碼是十進制數(shù)，而運算器對數(shù)據(jù)做加減運算時，都是按二進制運算規(guī)則進行處理的。這樣，當將BCD碼傳送給運算器進

21、行運算時，其結果需要修正。修正的規(guī)則是：當兩個BCD碼相加，如果和等于或小于1001(即9H)，不需要修正；如果相加之和在1010到1111(即0AH0FH)之間，則需加6H進行修正；如果相加時本位產(chǎn)生了進位，也需加6H進行修正。這樣做的原因是，機器按二進制相加，所以4位二進制數(shù)相加時，是按“逢十六進一”的原則進行運算的，而實質上是2個十進制數(shù)相加，應該按“逢十進一”的原則相加，16與10相差6，所以當和超過9或有進位時，都要加6進行修正。下面舉例說明。【例1-21】 計算1 + 8的值。 如果將1和8送給機器進行加法運算，其運算過程如下：結果是1001，即十進制數(shù)9，1 + 8 = 9正確

22、0 0 0 1+) 1 0 0 0 1 0 0 1 計算9 + 9的值。結果是1000，即十進制的8，還產(chǎn)生了進位，故加6修正。9+9=18，結論正確。若做減法運算，則其修正規(guī)則是：當兩個BCD碼相減，如果差等于或小于1001，則不需要修正；如果相減時本位產(chǎn)生了借位，則應減6H加以修正。原因是：如果有借位，則機器將這個借位當16看待，而實際上應該當10看待，因此，應該將差值再減6H才是BCD碼的正確結果值。下面舉例說明。 【例1-23】 需要修正BCD碼運算值的舉例。 計算9-7的值。 1 0 0 1-)0 1 1 10 0 1 0 結果值是0010，即十進制數(shù)2。9-7 = 2，結論正確。

23、計算7-9的值。 發(fā)生借位 1 0 1 1 1-)1 0 0 11 1 1 0-) 0 1 1 0 減6修正 1 0 0 0 結果值是1000，即十進制數(shù)8，有借位。7-9 = 8，結論正確。(8是-2以10為模的補碼，在機器中，負數(shù)都以補碼形式表示)在計算機中BCD碼有兩種格式：壓縮BCD碼和非壓縮BCD碼。(1) 非壓縮BCD碼是1字節(jié)(8位二進制)僅表示一位BCD數(shù)，如(00000110)BCD=6。(2) 壓縮BCD碼是1字節(jié)表示兩位BCD數(shù)，如(01100110)BCD=66。另外，BCD碼除了采用上述方法調整以外，也可以在交付計算機運算之前，先將BCD碼轉換為二進制數(shù)，然后交付計算

24、機運算，運算以后再將二進制結果轉換為BCD碼。1.2.2 非數(shù)值數(shù)據(jù)的二進制編碼現(xiàn)代計算機不僅要處理數(shù)值數(shù)據(jù)，還要處理大量的非數(shù)值數(shù)據(jù)，像英文字母、標點符號、專用符號、漢字等。前面已說過，不論什么數(shù)據(jù)，都必須用基2碼編碼后才能存儲、傳送及處理，非數(shù)值數(shù)據(jù)也不例外。下面討論常見的非數(shù)值數(shù)據(jù)的二進制編碼方法。1. 字符編碼使用最多、最普遍的是ASCII字符編碼，即美國標準信息交換代碼(American Standard Code for Information Interchange)，具體見表1-4。ASCII碼表有以下幾個特點：(1) 每個字符用7位基2碼表示，其排列次序為B6 B5 B4 B

25、3 B2 B1 B0。實際上，在計算機內(nèi)部，每個字符是用8位(即一個字節(jié))表示的。一般情況下，將最高位置為“0”，即B7為“0”。需要奇偶校驗時，最高位用作校驗位。 (2) ASCII碼共編碼了128個字符，它們分別是： * 32個控制字符，主要用于通信中的通信控制或對計算機設備的功能控制，編碼值為031(十進制)。 * 間隔字符(也稱空格字符)SP，編碼值為20H。 * 刪除控制碼DEL，編碼值為7FH。 * 94個可印刷字符(或稱有形字符)。這94個可印刷字符編碼有如下兩個規(guī)律： 字符09這10個數(shù)字符的高3位編碼都為011，低4位為00001001，屏蔽掉高3位的值，低4位正好是數(shù)據(jù)09

26、的二進制形式。這樣編碼的好處是既滿足正常的數(shù)值排序關系，又有利于ASCII碼與二進制碼之間的轉換。 英文字母的編碼值滿足AZ或az正常的字母排序關系。另外，大小寫英文字母編碼僅是B5位值不相同，B5為1時英文字母編碼為小寫字母，這樣編碼有利于大、小寫字母之間的編碼轉換。2. 漢字的編碼計算機在處理漢字時，漢字字符也必須用基2碼編碼表示，一般漢字編碼采用兩個字節(jié)即16位二進制數(shù)。但由于漢字的特殊性，在漢字的輸入、存儲、輸出過程中所使用的漢字編碼是不一樣的，輸入時有輸入編碼，存儲時有漢字機內(nèi)碼，輸出時有漢字字形編碼。1) 漢字輸入編碼為了能把漢字這種象形文字通過西文標準鍵盤輸入到計算機內(nèi)，就必須對

27、漢字用鍵盤已有的字符設計編碼，這種編碼稱為漢字的輸入編碼。同一漢字有不同的輸入編碼，這取決于用戶采用哪種輸入法。不同的輸入法對同一漢字有不同的編碼方案。常見的有數(shù)字碼、音碼、形碼及混合碼。2) 漢字機內(nèi)碼漢字機內(nèi)碼也稱漢字內(nèi)部碼，簡稱內(nèi)碼，它是機器存儲和處理漢字時采用的統(tǒng)一編碼。每個漢字的機內(nèi)碼是唯一的，用兩個字節(jié)表示。為了避免與西文字符的ASCII碼之間產(chǎn)生二義性，漢字機內(nèi)碼中兩個字節(jié)的最高位均規(guī)定為“1”。3) 漢字字形編碼漢字字形編碼也叫漢字字模點陣碼，是漢字輸出時的字形點陣代碼，是一串基2碼編碼。3. 邏輯數(shù)據(jù)的編碼邏輯數(shù)據(jù)是用來表示“是”與“否”，或稱“真”與“假”兩個狀態(tài)的數(shù)據(jù)。在

28、計算機中，用“1”表示“真”或“是”，用“0”表示“假”或“否”。需要注意的是，這里的“1”和“0”沒有數(shù)值和大小概念，只有邏輯意義。對邏輯數(shù)據(jù)只能進行邏輯運算，例如，邏輯非、邏輯加、邏輯乘等基本邏輯運算和由基本邏輯運算構成的各種組合邏輯運算，其運算結果仍是邏輯數(shù)據(jù)。下面介紹一下基本邏輯運算的運算規(guī)則。1) “與”運算(AND)“與”運算又稱邏輯乘，用符號或表示。其運算規(guī)則為00 = 0，01 = 0，10 = 0，11 = 1當兩個邏輯變量取值均為1時，它們“與”的結果才為1。2) “或”運算(OR)“或”運算又稱邏輯加，用符號 + 或表示。其運算規(guī)則為0 + 0 = 0，0 + 1 = 1

29、，1 + 0 = 1，1 + 1 = 1兩個邏輯變量的取值只要有一個為1時，它們“或”的結果就為1。要注意的是，一個邏輯數(shù)據(jù)用一位基2碼表示，這樣，8個邏輯數(shù)據(jù)用8位基2碼表示，這8位基2碼可存放在一個字節(jié)中。反過來說，一個32位的字就可以表示32個邏輯數(shù)據(jù)。邏輯運算規(guī)則如表1-5所示。下面舉例說明邏輯運算方法。例如，X=00F0H，Y=7777H，求XY，XY，XY。其運算結果如下：XY=0070H，XY=77F7H，XY=7787H1.3 微型計算機系統(tǒng)組成1.3.1 微型計算機硬件系統(tǒng)組成微型計算機主要由以下幾個部分組成：微處理器(或稱中央處理單元，CPU)、內(nèi)部存儲器(簡稱內(nèi)存)、輸入

30、/輸出接口(簡稱I/O接口)及系統(tǒng)總線。當微型計算機配備上相應的輸入/輸出設備和軟件后，就構成了一套完整的微型計算機系統(tǒng)。一臺微型計算機硬件系統(tǒng)結構如圖1.1所示。在這里我們將簡單介紹微型計算機的硬件組成及各部分的基本功能，至于各部分的細節(jié)，將在本書后續(xù)章節(jié)詳細介紹。圖1.1 微型計算機的硬件結構1. 中央處理單元CPU中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)是微型計算機的心臟，它包含了早期計算機中的運算器、控制器和其他功能部件，它是用來解釋執(zhí)行指令并進行運算的部件。CPU是一塊超大規(guī)模集成電路，它集成了成千上萬的邏輯門陣列電路，這些邏輯門陣列電路組成了用于進行運

31、算的加法器、算術邏輯單元、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、觸發(fā)器、寄存器、計數(shù)器等基本運算單元。無論多么復雜的工作，都是由計算機程序來完成的，而計算機高級語言程序被一級一級地最終翻譯成機器認識的由“0”和“1”組成的二進制機器碼，這些機器碼就是由上述基本運算單元進行處理的，所以人們把計算機又稱為“電腦”，實際指的就是CPU的功能。在評價CPU的指標時，最主要的是看它的主頻，主頻越高，其運算速度越快；字長代表了CPU對數(shù)據(jù)處理的能力和精度；其次還要看CPU的緩存有多大，一般來講，緩存的大小也對CPU的運算速度有很大的影響；當然工作溫度也很重要，溫度涉及到CPU的工作壽命。 2. 內(nèi)存存儲器的主要任務是臨時或

32、永久性保存計算機的軟件資源。存儲器分為內(nèi)存儲器和外存儲器，內(nèi)存儲器(內(nèi)存)用于臨時性保存軟件資源，而外存儲器則包括硬盤、軟盤、光驅、磁帶機等設備，用來永久性保存軟件資源。3. 系統(tǒng)總線目前，微型計算機硬件連接都采用總線結構。所謂總線，是指能為多個功能部件服務的一組公用通信線路。借助總線連接，計算機在各系統(tǒng)部件之間實現(xiàn)傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息的操作。采用總線結構有兩個優(yōu)點：一是各部件可通過總線交換信息，相互之間不必直接連線，減少了傳輸線的數(shù)量，從而提高了微機的可靠性；二是在擴展微機功能時，只需把要擴展的部件連接到總線上即可，使微機功能擴展十分方便。一個微型計算機系統(tǒng)中的總線大致分為三類：(1)

33、內(nèi)部總線：CPU內(nèi)部連接各寄存器及運算部件之間的總線。(2) 系統(tǒng)總線：CPU同計算機系統(tǒng)的其他高速功能部件，如存儲器、通道等互相連接的總線。(3) I/O總線：中、低速I/O設備之間互相連接的總線。系統(tǒng)總線一般由三部分組成： 數(shù)據(jù)總線(DB)：一般是三態(tài)邏輯控制的若干位(如8、16等)數(shù)據(jù)線寬的雙向數(shù)據(jù)總線。用以實現(xiàn)微處理器、存儲器及I/O接口間的數(shù)據(jù)交換。 地址總線(AB)：用于微處理器輸出地址，以確定存儲器單元地址及I/O接口部件地址。一般都是三態(tài)邏輯控制的若干位(如16、24等)線寬的單向傳送地址總線。 控制總線(CB)：用來傳送保證計算機同步和協(xié)調定時、控制信號，使微機各部件協(xié)調動作

34、，從而保證正確地通過數(shù)據(jù)總線傳送各項信息的操作。其中，有些控制信號由微處理器向其他部件輸出，如讀寫等信號；另一些控制信號則由其他部件輸入到微處理器中，如中斷請求、復位等信號?？刂瓶偩€不需用三態(tài)邏輯。4. 接口一般而言，接口泛指任何兩個系統(tǒng)之間的交接或連接部分。在計算機系統(tǒng)里，接口指中央處理機與外部設備之間的連接通道及有關的控制電路。微型計算機要對性能各異的外設進行操作與控制，實現(xiàn)彼此之間的信息交換，就必須在主機與外設之間設置一組中間部件，該部件將CPU發(fā)出的控制信號和數(shù)字信號轉換成外設所能識別的數(shù)字符號或可執(zhí)行的具體命令，或將外設發(fā)送給CPU的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息轉換成CPU所能接受的數(shù)字信息。這組

35、位于主機和外部設備之間的緩沖電路就是接口。微機接口技術包括接口電路和相關編程技術。1.3.2 微型計算機軟件系統(tǒng)組成1. 系統(tǒng)軟件在計算機發(fā)展的初期，人們是用機器指令碼(二進制編碼)來編寫程序的，這就是機器語言。機器語言無明顯的特征，不易理解和記憶，也不便于學習，在編制程序時易出錯，因此，人們就用助記符代替操作碼，用符號來代替地址，這就形成了匯編語言。但是，機器還是只認識機器碼，所以用匯編語言寫的源程序在機器中還必須經(jīng)過翻譯，變成用機器碼表示的程序(稱為目標程序，Object Program)，機器才能識別和執(zhí)行。起初，這種翻譯工作是程序員用手工完成的，后來人們編寫了一個程序讓機器來完成上述翻

36、譯工作，具有這樣功能的程序就稱為匯編程序(Assembler)。匯編語言的語句與機器指令是一一對應的，程序的語句數(shù)仍然很多，編程仍然是一件十分繁瑣、困難的工作，而且用匯編語言編寫程序必須對機器的指令系統(tǒng)十分熟悉，即不能脫離具體的機器，因而匯編語言的程序還不能在不同的機器上通用。為了使用戶編程更容易，使程序中所用的語句與實際問題更接近，使用戶可以不必了解具體的機器就能編寫程序(這樣的程序其通用性更強)，于是出現(xiàn)了各種高級語言(High Level Language)，如BASIC、FORTRAN、PASCAL、COBOL、C等。高級語言易于理解、學習和掌握，用戶用高級語言編程也就方便多了，大大減

37、少了工作量。但是計算機在執(zhí)行時，仍必須把用高級語言編寫的源程序翻譯成用機器指令表示的目標程序才能執(zhí)行，這樣就需要有各種解釋程序(Interpreter)(針對BASIC)或編譯程序(Compiler)(針對FORTRAN、C、COBOL)等。系統(tǒng)軟件包括：(1) 各種語言和它們的匯編或解釋、編譯程序。(2) 機器的監(jiān)控管理程序(Moniter)、調試程序(Debug)、故障檢查和診斷程序。(3) 程序庫。為了擴大計算機的功能，便于用戶使用，機器中設置了各種標準子程序，這些子程序的總和就形成了程序庫。(4) 操作系統(tǒng)。2. 應用軟件用戶利用計算機及其所提供的各種系統(tǒng)軟件，編制解決用戶各種實際問題

38、的程序，這些程序、數(shù)據(jù)和資料就稱為應用軟件。應用軟件逐步標準化、模塊化，形成了解決各種典型問題的應用程序的組合，通常稱其為應用軟件包(Package)。3. 支撐(或稱為支持)軟件隨著計算機硬件和軟件的發(fā)展，計算機在信息處理、情報檢索以及各種管理系統(tǒng)中的應用越來越普及。計算機需要處理大量的數(shù)據(jù)，檢索和建立大量的各種表格，而且這些數(shù)據(jù)和表格應按一定規(guī)律組織起來，使得檢索更迅速，處理更方便，也更便于用戶使用，于是就建立了數(shù)據(jù)庫。為便于用戶根據(jù)需要建立自己的數(shù)據(jù)庫，查詢、顯示、修改數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，輸出打印各種表格等，就建立了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(Data Base Management System)等支撐

39、軟件。上述都是各種形式的程序，它們存儲在各種存儲介質中，如磁盤、磁帶、光盤等，統(tǒng)稱為計算機的軟件?？傊?，計算機的硬件建立了計算機應用的物質基礎；而各種軟件激活了計算機且完善了計算機的功能，擴大了它的應用范圍，以便于用戶使用。硬件與軟件相結合才是一個完整的計算機系統(tǒng)。1.3.3 微型計算機的工作過程微型計算機必須在硬件和軟件的相互配合下才能工作。每種型號的CPU都有自己的指令系統(tǒng)，每條指令一般都由指令操作碼(規(guī)定指令的操作類型)和操作數(shù)(規(guī)定指令的操作對象)兩部分組成。用戶根據(jù)要完成的任務預先分解成一系列基本動作(又稱為算法)并且編好程序，再通過輸入設備(如鍵盤)將程序送入存儲器中。微型計算機開

40、始工作后，首先將該程序在存儲器中的起始地址送入微處理器的程序計數(shù)器(PC)中，微處理器根據(jù)PC中的地址值找到對應的存儲單元，并取出存放在其中的指令操作碼送入微處理器的指令寄存器(IR)中，由指令譯碼器(ID)對操作碼進行譯碼，并由微操作控制電路發(fā)出相應的微操作控制脈沖序列去取出指令的剩余部分(如果指令不止1個字節(jié)的長度)，同時執(zhí)行指令賦予的操作功能。在取指過程中，每取出1個單元的指令，PC自動加1，形成下一個存儲單元的地址。以上為一條指令的執(zhí)行過程，如此不斷重復上述過程，直至執(zhí)行完最后一條指令的動作為止。 綜上所述，微型計算機的基本工作過程是執(zhí)行程序的過程，也就是CPU自動從程序存放的第1個存

41、儲單元起，逐步取出指令、分析指令，并根據(jù)指令規(guī)定的操作類型和操作對象，執(zhí)行指令規(guī)定的相關操作。如此周而復始，直至執(zhí)行完程序的所有指令，從而實現(xiàn)程序的基本功能，這就是微型計算機的基本工作過程。1.4 微型計算機的性能指標及分類1.4.1 微型計算機的性能指標1位(bit)、字節(jié)(Byte)和字長(Word)位(bit)是計算機內(nèi)部數(shù)據(jù)儲存的最小單位，表示數(shù)據(jù)“1”或“0”，音譯為“比特”，習慣上用小寫字母“b”表示。字節(jié)(Byte)是計算機中數(shù)據(jù)處理的基本單位，習慣上用大寫字母“B”表示。計算機中以字節(jié)為單位存儲和解釋信息，規(guī)定1個字節(jié)由8個二進制位構成，即1個字節(jié)等于8個比特(1Byte=8b

42、it)。八位二進制數(shù)最小為00000000，最大為11111111；通常1個字節(jié)可以存入一個ASCII碼，2個字節(jié)可以存放一個漢字國標碼。字長(Word)是指微處理器內(nèi)部一次可以并行處理二進制代碼的位數(shù)。它與微處理器內(nèi)部寄存器以及CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寬度是一致的，字長越長，所表示的數(shù)據(jù)精度就越高。在完成同樣精度的運算時，字長較長的微處理器比字長較短的微處理器運算速度快。大多數(shù)微處理器內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線與微處理器的外部數(shù)據(jù)引腳寬度是相同的。字長是微型機重要的性能指標，也是微型機分類的主要依據(jù)之一，如把微型機分為8位、16位、32位、64位機等。2存儲容量存儲容量是衡量微機內(nèi)部存儲器能夠存儲二進制信息量

43、大小的一個技術指標。內(nèi)存儲器由若干個存儲單元組成，每個單元分配一個固定的地址并且存放一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，存儲單元的地址數(shù)由CPU的地址總線條數(shù)決定，同時也確定了內(nèi)存的容量大小。存儲器容量一般以字節(jié)為最基本的計量單位。一個字節(jié)記為1B，1024個字節(jié)記為1KB(千字節(jié)，KiloByte)，1024KB字節(jié)記為1MB(兆字節(jié)，MegaByte)，1024MB字節(jié)記為1GB(吉字節(jié)，GigaByte)，而1024GB字節(jié)記為1TB(太字節(jié)，TeraByte)。3指令系統(tǒng)任何一種CPU在設計時就確定了它能夠完成的各種基本操作，也就是說指令系統(tǒng)被確定了。讓計算機完成某種基本操作的命令稱作指令，CPU所固有的

44、基本指令集合稱為該計算機的指令系統(tǒng)。一臺計算機的指令系統(tǒng)一般有幾十到幾百條。一般來說，計算機能夠完成的基本操作種類越多，也就是指令系統(tǒng)的指令數(shù)越多，說明其功能越強。4運算速度運算速度(也稱指令執(zhí)行時間)是指計算機執(zhí)行一條指令所需的平均時間，其長短反映了計算機運行速度的快慢。它一方面取決于微處理器工作時鐘頻率，另一方面又取決于計算機指令系統(tǒng)的設計、CPU的體系結構等。目前，人們用微處理器工作時鐘頻率來表示運算速度，以兆赫茲(MHz)為單位，主頻越高，表明運算速度越快。微處理器指令執(zhí)行速度指標一般以每秒運行多少百萬條指令(Millions of Instructions Per Second，MI

45、PS)來評價。5系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線是連接微機系統(tǒng)各功能部件的公共數(shù)據(jù)通道。其性能直接關系到微機系統(tǒng)的整體性能，主要表現(xiàn)為它所支持的數(shù)據(jù)傳送位數(shù)和總線工作時鐘頻率。數(shù)據(jù)傳送位數(shù)越寬，總線工作時鐘頻率越高，則系統(tǒng)總線的信息吞吐率就越高，微機系統(tǒng)的性能就越強。微機系統(tǒng)采用了多種系統(tǒng)總線標準，如ISA、EISA、VESA、PCI和USB總線等。6外部設備配置在微機系統(tǒng)中，外部設備占據(jù)了重要的地位。計算機信息輸入、輸出、存儲都必須由外設來完成。微機系統(tǒng)一般都配置了鍵盤、鼠標、顯示器、打印機、網(wǎng)卡等外設。微機系統(tǒng)所配置的外設，其速度快慢、容量大小、分辨率高低等技術指標都影響著微機系統(tǒng)的整體性能。7系統(tǒng)軟件配

46、置系統(tǒng)軟件也是計算機系統(tǒng)不可缺少的組成部分。微機硬件系統(tǒng)僅是一個裸機，它本身并不能運行，若要運行必須有基本的系統(tǒng)軟件支持，如Windows、Linux等操作系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件配置是否齊全，軟件功能是否強大，以及是否支持多任務、多用戶操作等都是微機硬件系統(tǒng)性能是否得到充分發(fā)揮的重要因素。 1.4.2 微型計算機的分類微型計算機的品種繁多，性能各異，通常有以下幾種分類方法。1. 按微處理器的位數(shù)分類微型計算機按微處理器的位數(shù)分為4位機、8位機、16位機、32位機、64位機，即分別以4位、8位、16位、32位、64位CPU為核心的微型計算機。2. 按微型計算機的用途分類微型計算機按其用途分為通用機和專用

47、機兩類，通用機一般指微型計算機系統(tǒng)，而專用機則指工業(yè)控制機、單板機和單片機等。3. 按微型計算機的檔次分類微型計算機按其檔次可分為低檔機、中檔機和高檔機。計算機的核心部件是它的微處理器，也可以根據(jù)微機歷史上所使用的微處理器檔次將微型計算機分為8086機、286機、386機、486機、586(Pentium)機、Pentium機、Pentium機和Pentium 4機乃至今天的多核機等。4. 按微型計算機的組裝形式和系統(tǒng)規(guī)模分類微型計算機按其組裝形式和系統(tǒng)規(guī)?？煞譃閱纹瑱C、單板機、個人計算機和微機網(wǎng)絡。單片機是將微型計算機的主要部件如微處理器、存儲器、輸入/輸出接口等集成在一片大規(guī)模集成電路芯片

48、上形成的微型計算機，它具有完整的微型計算機功能。單片機具有體積小、可靠性高、成本低等特點，廣泛應用于智能儀器、儀表、家用電器、工業(yè)控制等領域。單板機是將微處理器、存儲器、輸入/輸出接口、簡單外設等部件安裝在一塊印刷電路板上形成的微型計算機。單板機具有結構緊湊、使用簡單、成本低等特點，常常應用于工業(yè)控制和實驗教學等領域。個人計算機也就是人們常說的PC，它是將一塊主機板(包括微處理器、內(nèi)存儲器、輸入/輸出接口等芯片)和若干接口卡、外部存儲器、電源等部件組裝在一個機箱內(nèi)，并配置顯示器、鍵盤、鼠標等外部設備和系統(tǒng)軟件而構成的微型計算機系統(tǒng)。PC具有功能強、配置靈活、軟件豐富、使用方便等特點，是最普及、應用最廣泛的微型計算機。1.5 多媒體計算機1.5.1 多媒體與多媒體技術1. 文本媒體文本媒體包含數(shù)字和文字，是最常見的媒體，也是計算機最容易表示和處理的信息形式。文本媒體的信息量小，在計算機內(nèi)的存儲容量也小。2. 圖形媒體圖形媒體指用線條勾畫出來的圖案，如幾何圖形、網(wǎng)絡圖形、建筑圖形、工程零件圖、地圖、示意圖等，它們僅記錄所表示對象的輪廓，在計算機上可以用程序來實現(xiàn)，存儲容量較小。3. 圖像媒體圖像媒體指靜態(tài)圖像，如繪畫、相片、圖片等，它們能記錄所表示對象的細節(jié)部分，通常采用“位映射”編碼。圖像的信息量大，在計算機中的存儲容量也大。4. 視頻媒體視頻媒體指