计算机技术第一章ppt课件.ppt

1 Pentium系列微型计算机原理与接口技术 2 第1章微处理机基础知识 1 1概述几个基本概念 微处理器 Microprocessor 简称MP或 P 通常是指在一块大规模或超大规模集成电路芯片上 把冯 诺依曼计算机体系结构中的运算器和控制器集成进去 3 微型计算机 Microcomputer 简称MC或 C 是以微处理器为核心 配上用大规模集成电路制作的存储器 输入输出接口电路以及系统总线等部件的 裸机 它包含冯 诺依曼计算机体系结构中的五个部件 特别要指出的是 单片计算机和单板计算机 微型计算机系统 MicrocomputerSystem 简称MCS或 CS 是以微型计算机为核心 配置相应的外部设备和系统软件及应用软件 从而使其具有独立的数据处理和运算能力的设备 4 图1 1微型计算机系统 微型计算机和微处理器相互关系 5 1 2微型计算机的硬件结构和基本工作原理1 2 1微型计算机的基本结构微型计算机系统的一系列特点 体积小 重量轻 价格低 可靠性高 结构灵活 应用面广 功能强 性能优越 6 微计算机通常由微处理器 存储器 输出输入接口电路 总线以及其他支持逻辑电路组成 图1 2微计算机组成原理框图 7 1 2 2中央处理器 CPU 1 基本结构和工作原理 图1 3典型CPU的基本结构 8 中央处理器主要包括运算器和控制器两大部件 运算器运算器的组成决定于整机的设计思想和设计要求 采用不同的运算方法将导致不同的运算器组成 运算器主要由算术逻辑单元ALU ArithmeticLogicUnit 累加器Acc Accumulator 状态寄存器FR FlagRegister 和寄存器组RS RegisterSet 组成 运算器的设计主要是围绕着ALU和寄存器同数据总线之间如何传送操作数和运算结果而进行的 9 1 算术逻辑部件ALU ALU主要完成对二进制信息的定点算术运算 逻辑运算和各种移位操作 算术运算主要包括定点加 减 乘和除运算 2 通用寄存器组 它主要用来保存参加运算的操作数和运算的结果 早期的机器只设计一个寄存器 用来存放操作数 操作结果和执行移位操作 由于可用于存放重复累加的数据 所以常称为累加器 通用寄存器均可以作为累加器使用 通用寄存器同时可以兼作专用寄存器 包括用于计算操作数的地址 例如 可作为变址寄存器 程序计数器 PC 堆栈指示器 SP 等 必须注意的是 不同的机器对这组寄存器使用的情况和设置的个数是不相同的 10 3 状态寄存器 用来记录算术 逻辑运算或测试操作的结果状态 程序设计中 这些状态通常用作条件转移指令的判断条件 所以又称为条件码寄存器 一般均设置如下几种状态位 零标志位 Z 负标志位 N 溢出标志位 V 进位或借位标志 C 除上述状态外 状态寄存器还常设有保存有关中断和机器工作状态 用户态或核心态 等信息的一些标志位 以便及时反映机器运行程序的工作状态 所以有的机器称它为 程序状态字 或 处理机状态字 ProcessorStatusWord PSW 11 2 控制器控制器是计算机工作的指挥和控制中心 计算机按程序中每一条指令的要求 在控制器的统一指挥下工作 控制器的基本功能如下 1 执行指令 包括取指令 分析指令与执行指令 取指令时 控制器首先发出指令地址及控制信号 然后从存储器中取出一条指令到控制器 分析指令也叫解释指令或指令译码 是指出本指令要作什么操作 并产生相应的操作控制命令 分析参与这次操作的各操作数所在的地址 即操作数的有效地址 执行指令是根据分析指令时产生的 操作命令 和 操作数地址 形成相应的操作控制信号序列 并通过存储器 运算器以及输入输出设备的执行来实现每条指令的功能 12 2 控制程序和数据的输入及结果的输出 程序和数据预先存放在存储器中 运算结果要输出以及在执行上述操作时 常采用的I O指令都要由控制器统一指挥 以便完成主机和I O设备之间的信息交换 3 异常情况和某些请求的处理 计算机在运行时往往会遇到一些异常情况或某些请求 产生这些请求或异常情况事先无法预测 但是一旦发生 CPU应该立即对它们作出响应 这就要求控制器具有处理这类问题的功能 通常当这些情况出现时 由相应部件或设备向CPU发出 中断请求 信号 待执行完当前指令后 CPU响应该请求 中止当前执行的程序 转去执行中断程序 以便处理这些请求 当处理完毕后 再返回原程序继续执行 13 控制部分包括程序计数器PC ProgramCounter 指令寄存器IR InstructionRegister 指令译码器ID InstructionDecoder 以及控制信号发生电路等 图1 4控制器组成示意图 14 1 程序计数器PC 用以存放将要执行的下一条指令在内存中的地址 又称为指令地址寄存器 它应该能够指出内存中的任一地址 其位数通常与内存的地址寄存器位数相等 为了保证程序的连续执行 CPU必须具备某些手段来确定下一条指令的地址 程序计数器正是为此而设置的 因此又称为指令计数器 2 指令寄存器IR 用以存放当前正在执行的指令 以便在指令执行过程中 完成一条指令的全部控制功能 3 指令译码器 指令译码器主要是对指令寄存器中的操作码进行分析解释 产生相应的控制信号 有的机器也需要对寻址方式字段进行译码 用以产生有效地址所需的信号 15 4 时序部件 产生各种时序信号的部件 计算机完成一条指令的过程是通过执行若干个微操作来实现的 而且各个微操作的执行顺序又有严格的要求 时序部件用来产生一系列的时序信号 可以保证各个微操作的执行顺序 5 微操作控制信号形成部件 所谓微操作 即计算机中最简单的且不能再分解的操作 如打开某个控制门 寄存器的清除脉冲等 复杂操作是通过执行一系列微操作实现的 6 中断机构 是专门用于处理计算机运行过程中所出现的异常情况和某些请求的部件 中断机构由硬件和软件组成 请求中断的事件称为中断源 16 处理指令和处理中断是中央处理机的2个最基本的功能 17 1 2 3存储器图1 5存储体系 18 存储器就是用来存储信息的部件 特点 外形体积越来越小 容量却越来越大 速度也越来越高 价格越来越低 寿命越来越长 并且一个系统所采用的存储器类型也逐渐增多 计算机的存储器可以分为2大类 一类叫内部存储器 简称为内存或主存 另一类叫外部存储器 简称为外存 19 各种存储器的性能指标可以用3个量来描述 存储容量 存取速度和数据传输率 1 存储容量存储容量是指存储器有多少个存储单元 最基本的存储器单元是位 bit 但是在计算容量时常用字节 Byte 或机器字长作单位 例如半导体存储器DRAM目前的水平是每片64MB 2 存取速度把数据存入存储器称为写入 把数据取出称为读出 存取速度是指从请求写入 或读出 到完成写入 或读出 1个存储单元的时间 包括找到存储地址与传送数据时间 也可以用单位时间内传送数据的多少来衡量存取的快慢 3 数据传输率单位时间可写入存储器或从存储器取出的信息的最大数量 称为数据传输率或称为存储器传输带宽 存储器传输带宽 一次读取数据的宽度 存储周期的倒数 20 1 半导体存储器1 随机存储器RAMRAM有3个特点 可以读出 也可以写入 所谓随机存取 意味着存取任一单元所需的时间相同 当断电后 存储的内容立即消失 21 随机存储器RAM又可分为动态DRAM和静态SRAM2大类 DRAM是用MOS电路和电容作为存储元件的 由于电容会放电 所以需要定时充电以维持存储内容的正确 这个过程称为刷新 例如每隔2ms刷新一次 因此称之为动态存储器 SRAM是用双极型电路或MOS电路的触发器来作存储元件的 没有电容造成的刷新问题 只要有电源正常供电 触发器就能稳定地存储数据 因此称为静态存储器 22 DRAM的特点是高密度 SRAM的特点是高速度 例1 116K位DRAM的标准存取时间为200ns 64K位的速度已提高到100ns 这个速度与4K位SRAM相比还是极慢的 因为SRAM的存取时间为35ns 23 24 25 静态随机存储器集成度低 价格高 但存取速度快 它常用作高速缓冲存储器Cache Cache是指工作速度比一般内存快得多的存储器 它的速度基本上与CPU速度相匹配 它的位置在CPU与内存之间 如图1 5所示 在通常情况下 Cache中保存着内存中部分数据映像 CPU在读写数据时 首先访问Cache 如果Cache含有所需的数据 就不需要访问内存 如果Cache中不含有所需的数据 才去访问内存 设置Cache的目的 就是为了提高机器运行速度 26 NVRAM非易失性随机访问存储器 Non VolatileRandomAccessMemory 是指断电后仍能保持数据的一种RAM 既能快速存取 而系统断电时又不丢失数据 实际上 它是把SRAM的实时读写功能与EEPROM的可靠非易失能力综合在一起 例如U盘 数码相机 可拍照手机 PDA 以及其中的存储卡 如CF SD等等 无一例外地仰仗着NVRAM技术的支持 以Intel2004NVRAM 1984年产品 为例 它是一块4Kbits芯片 以512 8 字节宽 体系结构组成 其内部结构分为2部分 一部分是高速静态RAM阵列 另一部分是与之逐位对应 Bit For Bit 的非易失EEPROM备份阵列 27 系统正常工作时 CPU访问SRAM部分以完成快速读写 当系统断电或者正常关机时 芯片内部的数据保护电路测出电源电压降至4v时能立即关闭输入电路 而迅速地把SRAM的内容并行地转储到EEPROM中 电源电压恢复后 EEPROM中的内容又自动放入SRAM阵列中 这种转储操作能可靠地进行10000次 非易失能力保证能存储10年以上 目前 在多种NVRAM中 以闪存 FlashMemory 技术最为引人注目 并占据着NVRAM市场的霸主地位 尽管现在不同于闪存技术的其他NVRAM技术已经出现 并逐渐被一些厂商重视并看好 但在近几年内 闪存仍将以其强大的优势称霸NVRAM应用市场 28 2 只读存储器只读存储器 ReadOnlyMemoryROM 只能读出原有的内容 而不能写入新内容 原有内容由厂家一次性写入并永久保存下去 当然是非易失的 把计算机指令的执行用一段微程序来实现 这些微程序固化在ROM中 从而产生了一个新概念 固件 firmware 这种方法也被人称为 计算机中的计算机 29 PROM ProgrammableROM 可编程ROM EPROM ErasableProgrammableROM 可擦除可编程ROM EEPROM ElectricallyErasableProgrammableROM 电可擦除可编程ROM EEPROM的擦除不需要借助于其它设备 它是以电子信号来修改其内容的 而且是以Byte为最小修改单位 不必将资料全部洗掉才能写入 彻底摆脱了EPROM擦除器和编程器的束缚 EEPROM在写入数据时 仍要利用一定的编程电压 此时 只需用厂商提供的专用刷新程序就可以轻而易举地改写内容 所以 它属于双电压芯片 FLASHROM则属于真正的单电压芯片 在使用上很类似EEPROM 因此 有些书籍上便把FLASHROM作为EEPROM的一种 事实上 二者还是有差别的 FLASHROM在擦除时 也要执行专用的刷新程序 但是在删除资料时 并非以Byte为基本单位 而是以Sector 又称Block 为最小单位 Sector的大小随厂商的不同而有所不同 只有在写入时 才以Byte为最小单位写入 FLASHROM芯片的读和写操作都是在单电压下进行 不需跳线 只利用专用程序即可方便地修改其内容 FLASHROM的存储容量普遍大于EEPROM 约为512K至8MBit 30 图1 6半导体存储器的分类 31 2 磁记录存储器1 软盘2 硬盘硬盘的存储速度比起内存来说要慢 但存储量要大得多 3 硬盘机接口技术 IDE标准接口 它是智能驱动设备接口 速率比ST506 412有所提高 而且价格更低 ESDI标准接口 它是增强型小型设备接口 为IBMPS 2采用 数据传输率为10MB s 价格较贵 它正在成为小型硬盘机的标准接口 SCSI标准接口 它是小型计算机系统接口 是由Macintosh引进的硬盘机标准接口 它不限于连接硬盘机 也可连接打印机 光盘机等外设 IPI标准接口 它是目前正在发展与完善的性能最强的智能外设接口 主要用在高性能 大容量的硬盘机中 这将是一种很有前途的接口 3 光盘存储器光盘可分为只读光盘 一次写入光盘和可改写光盘3类 32 1 2 4I O设备1 输入设备输入设备的作用是把信息送入计算机中 微型计算机上常用的输入设备有键盘 鼠标器 图形扫描仪 数字化仪 条形码读入器 光笔等 2 输出设备输出设备的作用是把计算机对信息加工的结果输出给用户 输出设备分为显示输出 打印输出 绘图输出和影像输出等 33 1 2 5总线微型计算机的设计目标主要是考虑如何以较低造价的硬件组成系统 并具有较强的功能 而实现此目标的关键之一是如何进行数据信息的传送 计算机总线是一组连接各个部件的公共通信线 总线的数据通路宽度是指能够一次并行传送的数据位数 总线是一组物理导线 并非一根 根据总线传送信息的类别 可以把总线分为数据总线 地址总线和控制总线 数据总线用于传送程序或数据 地址总线用于传送主存储器地址码或外部设备地址码 控制总线用于传送种种控制信息 34 按照总线传送信息的方向 可把总线分为单向总线和双向总线 单向总线的功能是使挂在总线上的一些部件将信息有选择地传向另一些部件 而不能反向传送 双向总线则不仅能使任何挂在总线的部件或设备有选择地接收由其他部件发出的信息 同时也能够通过总线有选择地向其他部件或设备发送信息 35 1 3计算机中信息的表示1 3 1进位计数制1 数制的概念数制是用一组固定的数字和一套统一的规则来表示数目的方法 按照进位方式计数的数制叫进位计数制 十进制即逢十进一 生活中也常常遇到其它进制 例如 六十进制 十二进制 十六进制等 2 基数基数是指该进制中允许选用的基本数码的个数 每一种进制都有固定数目的计数符号 36 表1 1十进制 二进制 八进制与十六进制数字对照表 37 3 位权一个数码处在不同位置上所代表的值不同 每个数码所表示的数值等于该数码乘以一个与数码所在位置相关的常数 这个常数叫做位权 一般而言 对于任意的R进制数 N an 1an 2 a1a0a 1 a m 其中n为整数位数 m为小数位数 N可以表示为以下和式 N an 1 Rn 1 an 2 Rn 2 a1 R1 a0 R0 a 1 R 1 a m R m 其中R为基数 38 4 二进制概念二进制数和十进制数一样 也是一种进位计数制 它的基数是2 二进制是计算机信息表示和信息处理的基础 计算机中为什么要用二进制 原因如下 1 可行性 二进制数在物理上最容易实现 例如 可以只用高 低两个电平表示 0 和 1 也脉冲的正负极性 晶体管的导通和截止都可以用来表示二进制的 0 和 1 2 简易性 二进制数用来表示的二进制数的编码 计数 加减运算规则简单 可用开关电路实现 3 逻辑性 二进制的 0 和 1 正好与逻辑命题的两个值 真 和 假 相对应 为计算机实现逻辑运算和程序中的逻辑判断提供了便利的条件 39 5 二进制信息的计量单位计算机中数据的常用单位有位 字节和字 1 位 Bit 计算机中最小的数据单位是二进制的一个数位 简称为位 bit 2 字节 Byte 字节简写为B 为了表示读入数据中的所有字符需要7位或8位二进制数 因此 人们采用由8个二进制数位组成一组数据的方式定义字节 字节是计算机中用来表示存储空间大小的基本容量单位 1B 8bit1KB 1024B 210B1MB 1024KB 210KB 220B 1024 1024B1GB 1024MB 210MB 230B 1024 1024KB1TB 1024GB 210GB 240B 1024 1024MB要注意位与字节的区别 位是计算机中最小数据单位 字节是计算机中基本信息单位 3 字 word 在计算机中作为一个整体被存取 传送 处理的二进制数字符串叫做一个字或单元 每个字中二进制位数的长度 称为字长 40 1 3 2数值信息在计算机内的表示计算机中处理的数据分为数值型数据和非数值型数据两大类 数值型数据指能进行算术运算 加 减 乘 除四则运算 的数据 即我们通常所说的 数 非数值数据指文字 图像等不能进行算术运算的数据 41 1 数值数据分类计算机内表示的数 分成整数和实数两大类 在计算机内部 数字和符号都用二进制码表示 两者合在一起构成数的机内表示形式 称为机器数 而它真正表示的带有符号的数称为这个机器数的真值 机器数是二进制数在计算机内的表示形式 机器数又分为定点数和浮点数 例1 3用8位二进制表示 49和 49 十进制 49 49二进制 真值 0110001 0110001计算机内 机器数 0011000110110001 42 2 整数范围定点数指小数点在数中有固定的位置 整数又可分为无符号整数和有符号整数 无符号整数中 所有二进制位全部用来表示数的大小 有符号整数用最高位表示数的正负号 其他位表示数的大小 表1 2数的表示范围 43 3 原码 反码 补码数值有正负之分 这种带符号的数在计算机中怎么表示呢 通常规定一个数的最高位作为符号位 该位不代表数值 仅用来表示数符 若该位为0 则表示正数 若为1 则代表负数 这样一来 数的符号也数字化了 例如 在机器中用8位二进制表示一个数 90 其格式为 符号位 0表示正而用8位二进制表示一个数 89 其格式为 11011001符号位 1表示负 44 机器数在机内有三种不同的表示方法 这就是原码 反码和补码 1 原码表示法用首位表示数的符号 0表示正 1表示负 其他位为数的真值的绝对值 这样表示的数就是数的原码 例1 4X 105 X 原 2Y 105 Y 原 20的原码有两种 即 0 原 2 0 原 2规律 正数的原码是它本身 负数的原码是真值取绝对值后 在最高位 左端 补 1 45 2 反码表示法所谓反码 就是对负数原码 除符号位外 逐位取反所得的数 而正数的反码则与其原码形式相同 规律 正数的反码与其原码相同 负数的反码是这样求得的 符号位不变 其余各位按位取反 即0变成1 1变成为0 例1 5 65 原 01000001 2 65 反 01000001 2 65 原 11000001 2 65 反 00111110 2很容易验证 一个数的反码的反码就是这个数本身 0的反码有两种 即 0 反 00000000 2 0 反 11111111 2 46 3 补码表示法对于n位计算机 某数x的补码定义为 即正数的补码等于正数本身 负数的补码等于模 即2n 减去它的绝对值 即用它的补数来表示 例1 7求 11111111 补的真值 第一步 除符号位外 每位取反第二步 再加1 结果为所以 真值为 00000001 2 47 4 实数若约定小数点的位置是固定的 这就是定点表示法 若给定小数点的位置是可以变动的 则成为浮点表示法 1 定点数小数点不占有二进制位而是隐含在机器数里某个固定位置上 一种是约定所有机器数的小数的小数点位置隐含在机器数的最低位之后 叫定点纯整机器数 简称定点整数 如01011001若有符号位 符号位仍在最高位 因小数点隐含在数的最低位之后 所以上数表示 1011001B 另一种是约定所有机器数的小数点隐含在符号位之后 有效部分最高位之前 叫定点纯小数机器数 简称定点小数 例如最高位是符号 小数点在符号位之后 所以上数表示 0 0101101B 48 无论是定点整数 还是定点小数 都可以有原码 反码和补码三种形式 例如定点小数如果这是个原码表示的定点小数 x 原 11110000 B 则x 0 111 2 0 875 10 如这是补码表示的定点小数 x 补 11110000 2 则 x 原 10010000 2 则x 0 001 2 0 125 10 49 2 浮点数其中 E N的阶码 是有符号的整数S N的尾数 是数值的有效数字部分 一般规定取二进制定点纯小数形式 例1 10 1011101 2 2 7 0 101101 101 1101 2 2 3 0 1011101 0 01011101 2 2 1 0 1011101浮点数的格式如下 50 例1 11写出二进制数 101 1101 2的浮点数形式 设阶码取4位补码 尾数是8位原码 101 1101 0 1011101 2 3浮点形式为 阶码0011尾数浮点数运算后结果必须化成规格化形式 所谓规格化 是指对于原码尾数来说 应使最高位数字S1 1 如果不是1且尾数不是全0时就要移动尾数直到S1 1 阶码相应变化 保证N值不变 51 例1 12计算机浮点数格式如下 阶码部分用4位 阶符占一位 补码表示 尾数部分用8位 数符占一位 规格化补码表示 写出x 0 0001101 2的规格化形式 解 x 0 0001101 0 1101 2 3又 3 补 011 补 1101 2所以规格化浮点数形式是110101101000 52 例1 13一个32位浮点数 阶码部分用8位 阶符占一位 补码表示 尾数部分用24位 数符占一位 规格化补码表示 基数为2 试写出存放105 5浮点数的规格化形式 105 5 10 1101001 1 2根据题中规定的阶码和尾数两部分长度 规格化处理后浮点格式表现为图1 8形式 图1 8规格化浮点数用十六进制表示 则为 07698000 16 53 1 3 3非数值信息在计算机内的表示计算机除了能对数值信息进行处理之外 对于诸如文字 图画 声音等信息也能进行各种处理 当然它们在计算机内部也必须表示成二进制形式 这些通称为非数值数据 1 ASC 码 54 表1 37位ASC 码表 55 例1 14将DIR三个字符的ASC 码查出并存放在主存中 一个字节只能存放一个ASC 码 所以DIR三字符将占用三个字节 根据标准ASC 码规定 最高位b7均为0 其余各位由表知 D字符位于b6b5b4 100列 b3b2b1b0 0100行D的ASC 码 b7b6b5b4b3b2b1 2 图1 9三个字节存放DIR三字符ASC 码 字符D字符I字符R 56 1 4微型计算机的软件系统计算机软件是指计算机系统中的程序及其开发 使用和维护所需要的所有文档的集合 其中程序是完成任务所需要的一系列指令序列 文档则是为了便于了解程序所需要的阐明性资料 1 4 1软件的分类系统软件应用软件 57 1 系统软件系统软件是为了使计算机能够正常高效地工作所配备的各种管理 监控和维护系统的程序及有关的资料 系统软件主要包括 操作系统 如Windows UNIX XENIX DOS等 各种计算机程序设计语言的编译程序 解释程序 连接程序 系统服务性程序 如机器的调试 诊断 故障检查程序等 数据库管理系统 网络通讯软件等 2 应用软件应用软件是为解决各种实际问题而编制的应用程序及有关资料的总称 可购买 也可自己开发 58 1 4 2操作系统的概念操作系统 OperatingSystem 是一个管理计算机系统资源 控制程序运行的系统软件 实际上是一组程序的集合 对操作系统的描述可以从不同角度来描述 从用户的角度来说 操作系统是用户和计算机交互的接口 操作系统是计算机软件的核心 它与计算机的硬件联系密切 不仅用来管理和控制计算机系统的各种资源 使计算机能够正常 协调地工作 而且其他软件都必须通过它才能发挥作用 使计算机友好地为用户服务 59 1 4 3计算机语言和语言处理程序1 计算机语言程序设计语言 ProgrammingDesignLanguage 是人与计算机交流信息的一种语言 程序设计语言通常分为机器语言 汇编语言和高级语言 机器语言 MachineLanguage 机器语言是一种用二进制代码表示机器指令的语言 一条机器指令实际上就是一句机器语言 它是计算机中最早使用的 也是计算机硬件系统所能识别和执行的唯一语言 60 例如 10010 即十六进制数0412H 是8086系列微机中的一条加法指令 它的意思是把十六进制数12H加到累加器中去 优点 机器语言作为面向机器的程序设计语言 用它编写的程序能够直接在计算机上运行 不需要翻译执行速度快 占用内存空间小 其效率是很高的 缺点 使用机器语言编写程序是一种相当烦琐的工作 既难于记忆也难于操作 编写出来的程序全是由0和1的数字组成 不仅难学 难记 难检查 又缺乏通用性 给计算机的推广使用带来很大的障碍 61 2 汇编语言 Assemblelanguage 汇编语言是用一些约定的文字 符号和数字按规定格式来表示各种不同的指令 然后再用这些特殊符号表示的指令来编写程序 用汇编语言编出的程序称为汇编语言源程序 须翻译成机器语言目标程序执行 例1 15要计算c 7 8 可以用如下几条汇编命令 STARTGET7 把7送进累加器ACC中ADD8 累加器ACC 8送进累加器ACC中PUTC 把累加器ACC送进C中ENDSTOP 停机 62 3 高级语言 Advancedlanguage 高级语言是50年代中期发展起来的 面向问题的程序设计语言 高级语言中的语句一般都采用自然语汇 并且使用与自然语言词法相近的自封闭语法体系 这使得程序更容易阅读和理解 用高级语言编写的程序叫做高级语言源程序 在计算机中也不能直接执行 通常要翻译成机器语言的目标程序才能执行 例如计算A 1 2 若用高级语言 如BASIC语言 编写 只要两条语句 A 1 2END 63 与低级语言相比 高级语言的最显著特点是程序语句面向问题而不是面向机器 即独立于具体的机器系统 因而使得对问题及其求解的表述比汇编语言容易得多 并大大地简化了程序的编制和调试 并使得程序的通用性 可移植性和编制程序的效率得以大幅度提高 从而使不熟悉具体机型情况的人也能方便地使用计算机 此外 高级语言的语句功能强 一条语句往往相当于多条指令 由于高级语言利用了一些数学符号及其有关规则 比较接近数学语言 所以又为称算法语言 64 2 语言处理程序计算机只能执行机器语言程序 用汇编语言或高级语言编写的程序 计算机是不能识别和执行的 因此 必须配备一种工具 它的任务是把用汇编语言或高级语言编写的源程序翻译成机器可执行的机器语言程序 这种工具就是 语言处理程序 语言处理程序包括汇编程序 解释程序和翻译程序 65 1 汇编程序汇编程序是把用汇编语言写的汇编语言源程序翻译成机器可执行的由机器语言表示的目标程序的翻译程序 其翻译过程叫汇编 如MASM就是8088宏汇编程序 2 解释程序解释程序接受用某种程序设计语言 比如BASIC语言 编写的源程序 然后对源程序中的每一个语句进行解释并执行 最后得出结果 也就是说 解释程序对源程序是一边翻译 一边执行 所以 它是直接执行源程序或源程序的内部形式的 它并不产生目标程序 解释程序执行的速度要比编译程序慢得多 但占用内存较少 对源程序错误的修改也较方便 如BASIC解释程序 66 3 编译程序编译程序是将用高级语言所编写的源程序翻译成与之等价的用机器语言表示的目标程序的翻译程序 其翻译过程称为编译 编译程序与解释程序的区别在于 前者首先将源程序翻译成目标代码 计算机再执行由此生成的目标程序 而后者则是检查高级语言书写的源程序 然后直接执行源程序所指定的动作 一般而言 建立在编译基础上的系统在执行速度上都优于建立在解释基础上的系统 但是 编译程序比较复杂 这使得开发和维护费用较大 相反 解释程序比较简单 可移植性也好 缺点是执行速度慢 如FORTRAN语言 PASCAL语言 C语言均有其相应的编译程序 67 1 5微型计算机系统及性能指标1 5 1计算机系统的组成把这种包含硬件和软件的 完整计算机 称之为计算机系统 图1 13微型计算机系统的组成 68 1 5 2系统的基本配置根据使用微处理器的情况 通常把使用Intel公司微处理器系列如8086 8088 80286 80386 80486 Penitium PentiumPro及Pentium Pentium 等及其兼容处理器组成的微型计算机系统称为x86系列微型计算机系统 简称x86系统 69 1 主机箱1 主机板主机板也称为系统板或母板 是计算机中最大的一块印刷电路板 它的性能对整个系统起着举足轻重的作用 2 外存储器3 I O接口卡早期的PC机都采用分离的I O卡插在主机箱的扩展槽内 目前已将许多I O功能模块集成起来 直接安装在主板上 并通过扁平电缆引到机箱后部供用户使用 4 电源目前微机电源共提供 5v 5v 12v 12v四种直流电压 其中 5v供系统板 I O接口卡 键盘以及驱动器等部件使用 12v供磁盘驱动器的电机及通讯接口使用 5v曾用于存储器等部件 现已不用 12v主要用于异步通讯接口电路 电源功率一般为200w 对于ATX主板 还要求有3 3v的电压输出 70 2 外部设备在微机系统中 为了能够执行最基本的操作 必须具备键盘 显示器和鼠标 如果需要打印或绘图的话 还应该配置打印机和绘图仪等外部设备 3 软件系统在微机系统中 必须配置的软件是操作系统 目前使用的操作系统一般采用Windows95 98 NT或更新的版本 同时 一般需要配备常用应用软件如WPS2000 Office97或Offic2000等办公自动化软件等 71 1 5 3微型计算机的主要性能指标1 运算速度计算机的运算速度一般用每秒钟所能执行的指令条数来表示 常用计算方法有 根据不同类型的指令出现的频度 乘上不同的系数 求得统计平均值 得到平均运算速度 这时常用MIPS MillionsofInstructionPerSecond即百万条指令 秒 作单位 以执行时间最短的指令 如加法指令 为标准来估算速度 直接给出CPU的主频和每条指令的执行所需的时钟周期 主频一般以MHZ为单位 运算速度是衡量计算机性能的一项重要指标 微型计算机一般采用主频来描述运算速度 例如 Pentium 133的主频为133MHz Pentium 800的主频为800MHz Pentium41 5G的主频为1 5GHz 一般说来 主频越高 运算速度就越快 72 2 字长计算机在同一时间内处理的一组二进制数称为一个计算机的 字 而这组二进制数的位数就是 字长 一般一台计算机的字长决定于它的通用寄存器 内存储器 ALU的位数和内部数据总线的宽度 字长越长 表示一次读写和处理的数的范围越大 一个字所能表示的数据精度就越高 在完成同样精度的运算时 则数据处理速度越高 然而 字长越长 计算机的硬件代价相应也增大 早期的微型计算机的字长一般是8位和16位 目前586 Pentium PentiumPro Pentium Pentium Pentium4 大多是32位 有些高档的微机已达到