第一章 绪 论

1、 第一章 绪 论1.1 计算机的基本概念 电子计算机（简称计算机，俗称电脑）是20世纪科学技术最卓越的成就之一。自1946年12月世界上第一台电子计算机电子数字积分计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）在美国宾夕法尼亚州（Pennsylvania）诞生以来，计算机科学和技术经历半个多世纪的发展，在社会、经济、科技、军事和文化等领域得到了广泛的应用，极大地推动了世界经济的发展和人类文明的进步。如今，计算机已成为人们不可缺少的现代化工具。计算机给人类带来了新的文化、新的工作和生活方式。有人把传统的文化称为“第一文化”，把计算机文

2、化称为“第二文化”，因而，计算机文化教育也一步步地成为人类文化教育（尤其对高校学生）的重要组成部分。 1946年，美籍匈牙利数学家冯诺依曼（Von Neumann）在一篇题为关于电子计算机逻辑设计的初步讨论的学术报告中，提出了“存储程序”的概念并且进行了论证；提出了计算机硬件应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大部分组成的体系结构（如图1-1所示）；提出了计算机中处理的数据模型是由二进制数所表示的指令和数据；提出了将事先编制好的程序和原始数据一并存入计算机的存储器，启动计算机，在不受人工干预的情况下，计算机自动地、高速地从存储器中取出指令并且执行（被归纳为：二进制、存储程序、程序

3、控制）的思想。这一思想奠定了现代计算机体系结构的基础。半个多世纪来，尽管计算机的体系结构发生了很大的变化，性能不断提高，但本质上仍以冯诺依曼结构为基础，所以现代计算机又统称为冯诺依曼计算机。冯诺依曼计算机特点： 1.冯诺依曼计算机的系统结构（硬件结构）； 2.存储程序和程序控制的工作方式（工作原理）；3.采用二进制数据形式（数据形式）。就以上问题逐一进行讨论： 1.1.1 存储程序工作方式 冯诺依曼计算机体制中最核心的思想就是：存储程序和程序控制的执行。 1.事先根据所要完成的任务编制程序 2.存储所编制的程序 3.自动、连续地执行事先编制的程序 1.1.2 信息的数字化表示 1.计算机信息的

4、数字化表示 数值型数据的二进制表示 字符型数据的二进制表示 图形、图像的二进制表示 计算机机器指令的数字化（机器指令） 设备状态的数字化表示 2.计算机中数字的电信号表示 正逻辑的表示方法：“0”低电平；“1”高电平； 负逻辑的表示方法：“1”低电平；“0”高电平； 3.数据数字化的优点 提高数据传输的可靠性 数字组合有利于提高表示范围和精度 数字化数据容易通过硬件实现存储 数字化信息容易通过硬件逻辑电路实现1.2 计算机系统的硬、软件组成 1.2.1 计算机硬件系统 硬件：组成计算机任何机械的、电子的、磁的物理实体。1.中央处理机中央处理机（Central Processing Unit，缩

5、写为CPU），也称微处理机（Micro Processing Unit，缩写为MPU）是利用微电子技术将运算器和控制器做在一片集成电路（芯片）上的一个独立部件，它具有解释指令、执行指令，以及与其他部件交换数据的功能，是计算机的核心部件。运算器运算器AU（Arithmetic Unit），也称为算术逻辑部件ALU（Arithmetic Logic Unit），由数据寄存器、累加器、算术逻辑部件等组成。运算器负责进行算术运算（加、减、乘、除等）和逻辑运算（与、或、非、异或等），通常以每秒钟能够完成的算术运算次数度量计算机的计算速度。控制器控制器CU（Control Unit）由指令部件、时序部件和

6、微操作控制部件组成，是计算机的指挥控制中心，其功能是逐条执行程序中的指令。其中，指令部件又由程序计数器（也叫指令计数器）PC（Program Counter）、指令寄存器IR（Instruction Register）和指令译码器ID（Instruction Decode）组成。2.存储器存储器（Memory Unit）是计算机系统的记忆部件，主要功能是存放程序和数据。通常将程序或数据存入存储器称“写”存储器，将程序或数据从存储器中取出称“读”存储器。实际微型计算机系统中，总是采用分级的方法来设计整个存储器系统。全部存储器系统从内到外分为四级，即寄存器组、高速缓冲存储器、内存储器和外存储器。该

7、分级顺序的存取速度依次递减，存储容量则是依次递增，位价格是依次递降。微型计算机中的存储器分级结构如图1-2所示。图1-2 微型计算机中的存储器寄存器组寄存器组（Register Group）是最高一级的存储器。其作用是暂时存放当前正在运算所需要的数据或指令。寄存器组是中央处理机（CPU）内含的，用于暂存待参加运算的操作数或运算的中间结果。由于受集成度的限制，寄存器组的容量很有限。CPU对寄存器组的读/写操作通常都是发生在本芯片内部，其读/写速度很快，通常存取速度与运算器是同一级的，基本在一个时钟周期内完成。充分利用这些寄存器组的作用，可以使一些指令的执行仅在CPU内部就能完成，避免了过于频繁的

8、总线操作，加快了程序执行的速度。因此，目前一些高速中央处理机往往采用将寄存器组尽量做大，以获取更高的运行速度。高速缓冲存储器高速缓冲存储器（Cache）是计算机中的第二级存储器。Cache是介于CPU与主存（DRAM）之间的容量有限（几十KB几MB）而速度很高（可以与CPU速度相匹配）的一级存储器。Cache通常由静态随机存储器SRAM组成。其作用是把当前正在执行的指令地址附近的一部分指令或数据从主存调入Cache中，供CPU在短时间之内使用，以此解决高速的CPU与低速的DRAM（下述）之间的速度差异（所以叫高速缓冲存储器）。内存储器内存储器（主存）是计算机系统中的第三级存储器。内存储器通常分

9、为随机存储器和只读存储器两种。随机存储器是一种既可“读”又可“写”，断电后信息会丢失的存储器。它分为动态存储器DRAM（Dynamic Random Access Memory）和静态存储器SRAM（Static RAM）两种。DRAM由动态的MOS管组成，它通过栅极与衬底之间形成的电容保存数据信息，由于极间电容有损耗，其中的信息只能保存若干毫秒，因此必须通过刷新电路使其中的数据长期保存。该存储器具有集成度高、存储容量大、价格低廉、运行速度慢、需要刷新操作的特点。SRAM由触发器组成，只要不断电，触发器能够永久保存其中的信息。与动态随机存储器相比，静态存储器具有集成度低、存储容量小、价格高、运

10、行速度快、不需要刷新操作的特点。只读存储器ROM（Read Only Memory）是在厂商制造时就把信息存入并永久保存的存储器，其内容不能改变，故只能“读”不能“写”，所以称之为只读存储器。只读存储器的类型很多，经常使用的有：PROM（Programmable ROM）、EPROM（Erasable PROM）、EEPRPM（Electrically EPROM）。其中，PROM叫可编程ROM，该存储器允许用户在使用过程中重新再“写”入一次数据，“写”入后和ROM一样只能“读”出不能再“写”入。EPROM叫可擦除PROM，该存储器可以通过紫外线照射将其中的内容擦除掉，擦除之后可以重新“写”入

11、新的内容，而且可以多次擦除与“写”入，使用非常方便。EEPRPM存储器叫电可擦除PROM，为了方便用户的使用，在芯片的指定端加入规定的电压之后，其存储的内容就被擦除，而且能够多次擦除、多次“写”入。外部存储器外部存储器也叫辅助存储器（Aided Memory），是计算机中最低一级的大容量的存储系统。外部存储器是以文件的形式永久保存程序或数据。外部存储器类型很多，目前使用比较多的有硬盘、软盘、光盘、Flash RAM等等。3.输入设备输入设备（Input Equipment）即指将数据、程序，以及某些标志等信息转换成计算机能够接受和处理的数据形式，并送入计算机，从而使计算机具有从外部获取信息能力

12、的一类设备。常用的输入设备有键盘、鼠标、触摸屏、光笔、扫描仪、数码相机、摄像机、数码摄像机、条形码扫描仪、数字化仪等。而且，随着计算机应用领域的不断扩大，输入设备会越来越多。下面简单介绍其中的几种。4.输出设备 顾名思义，输出设备（Output Equipment）是用于接收从计算机传出来的信息的一类设备。微机系统中常用的输出设备有显示器、打印机、磁盘机（外存储器）、刻录机、绘图仪、声音输出设备和复印传真设备等等。 5.总线总线：是一组进行互连和传输信息的信号线。用于连接CPU、主存储器、I/O设备等接口电路的，为了便于实现扩展而设置的部件。 常用的总线有：系统总线（是计算机内部各部件之间进行

13、连接和传输信息的一组信号线）、内部总线（是计算机内部芯片之间进行连接和传输数据的一组信号线）和外部总线（是系统之间或计算机系统与设备之间进行通信的一组信号线）； 总线的组成：地址总线、数据总线、控制总线和电源、地线； 常用的总线插槽有：PC总线、ISA总线和PCI总线。 6.接口 计算机接口：是指CPU与“外部设备”的连接电路，是CPU与外部设备进行信息交换的中转站。所谓“外部设备”是指CPU本身之外的所有设备或电路，包括存储器、I/I设备、控制设备、通信设备、多媒体设备、A/D、D/A转换器等等。 1.2.2 计算机软件系统软件：控制计算机运行的各种计算机程序。 【解释】：软件通常泛指各类程

14、序和文件。实际上它们是一些算法（说明如何完成某任务的指令序列）和它们在计算机中的表示所构成。体现为一些触摸不到的二进制状态，所以称其为软件。 计算机软件通常存储在硬盘上，当启动计算机时，在引导程序的自动引导之下，将各种必要的程序装入内存之中，使计算机硬件在软件的控制之下工作。计算机软件给人们提供了一个基本运行环境，用户通过软件指挥计算机工作。 根据软件在计算机系统中所处的不同位置和作用，计算机软件通常分为系统软件和应用软件两大类：1.系统软件习惯上，把支持其他软件运行的软件和一些服务性软件称为系统软件，系统软件通常与硬件联系更紧密些。其中，操作系统是最典型的系统软件，其余的，如语言处理程序、数

15、据库管理系统、服务程序等也被归为系统软件之列。操作系统操作系统是最常用、最重要的系统软件，是计算机系统资源的管理者，同时又是计算机与用户之间的接口。有代表性的操作系统有DOS、UNIX/XENIX、WINDOWS等。操作系统的功能：CPU调度管理、存储器管理、I/O设备管理、文件管理、作业管理等等。语言处理程序语言处理程序的功能是将汇编语言或高级语言（统称程序设计语言）编写的源程序转换（或称翻译）成计算机硬件所能直接识别的机器语言的目标程序，经连接后产生可执行程序产生（也称机器代码）。语言处理程序可分为汇编程序、解释程序和编译程序等三大类。 汇编程序汇编程序（Assembler）也称汇编器，其

16、功能是将用汇编语言编写的源程序翻译成机器语言的目标程序（翻译过程称为汇编）。不过，通常汇编产生的目标程序还需要进行连接、定位才能最终成为可执行程序。图1-5展示了这一过程。图1-5 汇编语言源程序运行示意图 编译程序编译程序也称编译器（Compiler）负责将用编译型高级语言编写的源程序翻译成机器语言的目标程序（这个翻译过程称为编译），目标程序经连接后形成可执行程序。这一过程与图1-5完全相同，只是将那里的“汇编器”改成“编译器”。 解释程序解释程序也称解释器（Interpreter）完成于对用解释型高级语言编写的源程序解释执行，每解释一句（将其翻释成机器代码）就执行一句（不产生完整的可执行程

17、序），如图1-6所示。图1-6 解释型高级语言源程序运行示意图编译型高级语言与解释型高级语言的根本区别在于：编译型语言的源程序经编译（和连接）后产生可执行文件，以后随时可以执行它（与源程序不再有联系）；而解释型高级语言的源程序则不能产生可执行文件，当每需要运行时，必须将解释器和源程序一起调入内存，边解释边执行。一般来说，解释型语言不便于源程序的保护与保密，而且执行速度慢。服务程序服务程序是协助用户进行计算机操作的一组辅助程序。例如，装入程序、连接程序、编辑程序、调试程序和诊断程序。除外，还有外部存储介质转换程序，库管理程序，动态调试程序等各种服务程序。数据库管理系统数据库管理系统（Data B

18、ase Management System，缩写为DBMS）用于建立、操作、控制、管理和维护数据库（即数据库文件），是数据库系统的核心软件。为事务管理（如工资管理、人事管理等）系统提供设计平台。目前比较著名的数据管理系统有：Oracle、Informix、Sybase、SQL Server和Delphi等等。不同的DBMS对硬件和软件环境要求有所不同，功能也各异，归纳起来主要（或常用）功能不外乎以下几点。 数据库的定义功能包括：数据库的结构模式、存储模式和外模式。提供表述模式、子模式和物理模式的语言工具，并且对这些模式进行处理，建立数据库的存储“框架”。例如提供定义、安全、完整性规则的手段，在

19、完成定义之后，能根据概念模式和内模式的描述，把原始数据录入数据库，完成其建立。因此，定义数据库是创建数据库的第一步。 数据库的操作功能DBMS接受、分析、执行用户对数据库提出的操作请求，完成对数据库的检索、插入、修改和删除等操作。 数据库的控制功能控制数据库系统的运行、控制用户并发操作，执行对数据库的安全性控制、完整性控制、多任务的并发控制。 数据库的保护功能包括控制数据的完整性、安全性、并发控制和数据的恢复能力。 数据库的维护功能包括对数据库的存储与恢复、数据库的重组织与重构造、性能的监视与分析等。在性能变坏时能提供重新组织数据库的手段，在用户要求或系统设置变化时，能对数据库进行修改和更新。

20、 数据库的故障恢复功能在系统出现故障造成数据库的全部或局部损坏时，能够提供应急、有效的措施，以最短的时间、最快的速度能将其进行修复，恢复正常运行。 数据库的通信功能通过通信功处理数据的流动，实现不同用户、不同方式、不同地域的通信。这些数据可能来源于应用程序、计算机终端、系统内部进程或其他系统。计算机网络软件计算机网络软件（Computer Network Software）包括：网络操作系统软件、通信控制协议软件、管理软件、交换与路由软件和应用软件等等。配置这些软件的目的是通过网络的通信协议，完成网络中信息的发送、接收和对通信过程的控制，实现用户对网络资源的共享。通常，网络软件要比单机软件复杂

21、得多。 网络操作系统网络操作系统（Network Operating System）是针对计算机网络配置的操作系统，是完成网络通信、控制、管理和资源共享的系统软件的集合。网络操作系统除具有常规计算机操作应具有的功能外，还要具有通信功能、网络资源管理功能和网络服务功能。例如：Novell NetWare、UNIX、Linux等都是目前比较有名的网络操作系统。目前有些Windows操作系统既具有单机工作的功能，又具有网络工作的功能，是两种功能的结合。 网络协议软件网络协议（Network Protocol）是计算机网络中各个通信单元之间所遵守的规则集合。协议软件是网络通信的核心，是计算机网络中的重

22、要内容。通信规则是通信双方所达成一致的、共同遵守和执行的一些约定。这些规则定义了通信各方交换信息的顺序、格式和词汇。在互相通信的不同计算机进程之间，存在有一定顺序的和相互理解的以及相互作用的过程，协议规定了这一过程的进展过程，或定性规定这些过程应能实现哪些功能和满足哪些要求等等。计算机网络中的协议软件很多，不同的网络体系结构，都有自身的支持软件，不同层次间的协议软件也各有差异。目前使用比较多的协议软件有：TCP/IP族、IEEE802标准系列协议等等。 网络通信控制软件通信控制软件（Network Communication Control software ）规定了用户通信用户所必须遵守的一

23、簇规则。计算机网络首先是一个通信网，各计算机之间通过通信介质和通信设备进行通信，实现资源共享。通信控制软件就是保证通信各方在不了解通信规程的情况下，能够自如地控制自己的应用程序与其他站点可靠地进行数据交换。2.应用软件应用软件是针对某种需要或应用开发的实用程序。应用软件涉及范围很广、内容繁多，它渗透至社会的方方面面、各行各业，无法一一列举，下面简介一些应用软件。办公自动化软件包通常指字处理软件、电子表格处理软件、网络应用软件等。比如微软公司提供的Microsoft Office软件包，其中包括：Microsoft Word、Microsoft Excel、Microsoft Outlook、M

24、icrosoft PowerPoint、Microsoft Access、Microsoft Frontpage等。管理系统软件管理系统又称事务处理系统。这类软件所处理的数据多为非数值型的。这类软件目前种类繁多、用途很广，例如金融系统的账务管理、商业系统的销售管理、人事系统的人事管理、财务系统的工资管理等等。军事、航天等系统也有一些特殊用途的专用软件等等。计算机辅助设计和辅助制造这类软件包括：建筑辅助设计软件、服装辅助设计软件、印刷电路辅助设计软件，以及电子电路、机械部件等辅助制造软件等等。使用这些软件可以提高设计效率、缩短研制周期、减少失误和提高产品质量。实时控制软件实时控制软件完成对生产过

25、程进行自动控制，常常用于对于自动化程度比较高的大型企业。比如，计算机接受诸如温度、电流、电压、机械位置等模拟量，经过A/D转换提供给计算机进行处理，处理结果再经过D/A转换对过程进行控制。控制软件种类繁多、复杂、实时性和针对性很强，这类软件的应用是对传统生产技术的一次革命。专家系统软件专家系统是用于模拟专家智能的一类软件。该软件能够模拟人的视觉、听觉、触觉和推理、思维的功能，实现翻译、识别、疾病诊断以及数理的证明等等。这类软件的开发和应用也正在日趋广泛。网络应用软件网络应用软件（Network Application software ）是在网络环境下直接面向用户的一类软件。网络应用软件种类很

26、多，归纳起来有两大类，通常计算机网络软件开发商提供的通用软件工具为一类，例如常用的浏览工具、搜索工具、Web服务以及电子邮件等等。再一类就是依赖于各种类型的用户业务软件，这类软件范围很广、业务繁多，例如网络商务、网络金融、系统管理等业务。随着计算机网络技术的发展，应用范围的普及，此类软件会越来越多、功能越来越强，在人们的工作、生活和文化娱乐中产生越来越深的影响。1.3 层次结构模型 分层分析的必要性：计算机系统是一个很复杂的系统，所以在对其进行分析、设计、开发时，多采用层次结构的观点和方法，即将一个复杂的系统分成若干层，逐层分析、设计、构建，这样有利于把一个复杂的问题分解成若干个简单的问题，以

27、便更好的分析和理解。 1.3.1 从计算机系统组成角度划分层次结构 当使用计算机系统解决实际问题时，通常有下面的过程： 提出任务：用适于程序设计的方法描述算法过程用某种语言编制程序由计算机将其编译为机器语言程序由计算机硬件实现。该过程可以由下图来表达其分层结构参俸远祯的计算机组成原理P5 Fig 1-2 由此表示了计算机硬件与软件的组成及其相互之间的关系。同时也表示了用户任务的提出到计算机硬件执行的过程。 用户提出任务，然后由面向问题即面向算法的高级语言编写程序，这称为用户程序； 在操作系统的控制之下，调用系统硬件和软件资源，将用户程序（高级语言或汇编语言编制的程序）转换成计算机的机器语言，这

28、一过程称为语言处理过程； 最后一切程序都由计算机硬件实现（硬核即裸机）。 结合教材的Fig 1-2说明系统组成的分层模型。 1.3.2 从语言功能角度划分层次结构 1.虚拟计算机的的概念 虚拟计算机就是指这台计算机只对该级的观察者存。对于某一层的观察者来说，它只能是通过该层的语言来了解和使用计算机，至于下层是如何工作和实现的就不必关心了。就是说，虚拟计算机即是由软件实现的机器。 2.语言功能的分层结构 参教材P15 Fig 1-3图所示 1.3.3 软、硬件在逻辑上的等价 计算机的工作特点：计算机系统是以硬件为基础，通过软件扩充其功能。许多功能可以直接由硬件实现，也可以在硬件支持之下靠软件实现

29、。即计算机的硬件软件化和计算机的软件硬件化。 这就是计算机软、硬件功能上的逻辑等价。1.4 计算机的工作过程 1.4.1 处理问题的步骤 1.对任务进行系统分析 2.建立数学模型与算法选择 3.编制应用程序 4.编译成目标代码 5.由计算机执行目标程序 1.4.2 指令执行过程 程序（指机器语言程序）是控制计算机自动运行的指令序列，指令（Instruction）是控制计算机完成某一特定动作的命令。计算机每完成一条指令中规定的动作叫做“执行一条指令”。计算机按照指令在程序中的逻辑次序，一条条地执行，从而完成整个程序所规定的任务。指令是用二进制形式编码的，其每一位（bit）的0/1都代表不同的含义

30、。指令都有一定的格式。通常，一条指令分成两段：操作码字段和地址码字段，形如：操作码用来指明操作的含义和功能；地址码给出参与本次运算的数据或运算结果数据（统称操作数），或操作数在存储器中存放的地址。一台计算机中所能使用的基本指令品种很多，所有这些指令构成了该计算机的指令系统（Instruction set）。不同类型的计算机有不同的指令系统，不同的指令系统所拥有的指令类型和数目也不同。指令系统既是设计硬件的基本依据，又是编制程序的基础，所以说，指令系统是软件和硬件的交界面。一般说来，一个指令系统中，指令数目越多、功能越强，越便于编程，但指令结构也相应地变得复杂，对硬件的要求也越高。在设计制造计算

31、机时，确定指令系统是一个很重要的问题，一方面尽量方便程序设计，同时要兼顾简化系统结构，节省硬件设备，也就是说，指令系统要与整机规模相匹配。尽管不同类型的计算机有不同的指令系统，但是，一般的指令系统都具有如下类型的指令： 数据传送和数据交换指令数据传送指令用于将数据从一处（源地址）复制到另一处（目标地址），源地址中的数据保持不变，而目标地址中原来的数据被覆盖（冲掉）。数据交换指令用于将指源地址中的数据与目标地址中的数据互换。 算术运算和逻辑运算指令算术运算包括定点的加、减、乗、除运算，和浮点的加、减、乗、除运算，以及加1、减1、比较运算等。逻辑运算包括逻辑“与”、“或”、“非”、“异或”等运算。

32、 程序控制指令程序控制指令用于控制程序的执行流程，包括转移指令、循环控制指令、子程序调用和返回指令，以及中断指令等等。这类指令中往往给出某种条件，执行时，通过测试条件，确定如何控制流程。引入控制指令，使计算机（像人那样）具有分析判断能力。 输入/输出指令输入/输出指令用于计算机与外部设备之间相互传送信息，沟通计算机与外部设备之间的联系。所传送信息可能是数据，也可能是计算机向外部设备发送的控制命，或者外部设备向计算机输送的状态报告。 管理控制指令这类指令用于控制计算机的启动、停机、复位、测试、诊断，以及CPU的状态设置等操作。整体来说，指令系统应该具有如下特性。 完备性一个完备的指令系统应当是功

33、能齐全而丰富的、实用而方便的，为程序设计者提供足够的指令，以便编程时选择使用。 有效性使用指令系统提供的指令能够编制出运行速度快、占据存储空间小的程序。 规整性指令系统提供的指令应当具有对称性、均匀整齐性，指令格式与数据格式的一致性。指令的对称性要求指令系统中，所有的寄存器、内存储器单元能够被指令系统同等对待，这样有利于简化程序设计，提高程序的可读性。指令的均匀整齐性要求同类操作性质的指令能够支持各种格式的数据类型，使程序设计者编程时，能够任意选用指令而无需考虑数据类型，这样有利于提高编程效率。指令格式与数据格式的一致性指的是，指令长度和数据长度之间有一定的关系，以有利于存取和处理。指令与数据

34、长度通常都取字节的整数倍。 兼容性指令系统的兼容性，即指同一软件在不加修改的情况下，能够运行在同系列的各个计算机上，并且运行结果相同。通常不同类型的计算机指令系统差异较大，而同一系列计算机的指令系统具有“类同性”，也就是，指令结构相同，而且基本指令相同，这就是指令系统的兼容性。通常所说的兼容性一般都是指“向下兼容”，即在高档机上能够运行低档机的软件，而在低档机上则不一定能运行高档机的软件。 现在举一个非常简单的例子，说明如何编程，以及计算机是如何执行指令的。例如，要计算机作一次简单的加法，将两个十六进制整数（5CH和2EH）相加，将结果存储到地址为0200H的内存单元中。假如用8086汇编语言

35、编程。第一步：编制8086汇编源程序，如下：ORG 1000H ；代码和数据存放到1000H开始的偏移地址（即相对地址）中MOV A，5CH ；将5CH送入累加器AADD A，2EH ；将5CH与2EH相加结果存入在累加器中MOV （0200H），A ；将累加器中的内容存放到0200H单元中HLT ；结束（停机）第二步，将源程序输入计算机，并对其进行汇编，翻译成机器代码。由于这段程序极其简单，对于那些熟悉8086汇编语言的人来说，完全可以手工翻译，而且用不着连接。翻译结果如下：源程序机器代码ORG 1000HMOV A，5CHB0H5CHADD A，2EH04H2EHMOV （0200H），A

36、A2H00H02HHLTF4H这里，B0H是指令“MOV A，5CH”的操作码，5CH是这条指令的操作数；另几条指令类似。程序从内存地址（相对地址）1000H开始存放，呈：1000H：B0H 5CH 04H 2EH A2H 00H 02H F4H第三步：执行该程序。计算机每执行一条指令都要经过“取指令、分析指令和执行指令”三大步骤。（1）取指令，以程序计数器（PC）中的值为地址，从存储器中读出当前指令，并送入指令寄存器（IR），同时将PC中的值自动加1，使其值等于下一条指令地址或本条指令的下一个字节地址。（2）分析指令，就是对IR寄存器中的指令操作码进行识别，确定其操作的性质。在该过程中如果涉

37、及到操作数时，需要通过寻址技术找到存放操作数的地址。（3）执行指令阶段就是取出操作数，执行指令规定的操作。就这样，周而复始地“取指、分析、执行”，直到指令序列（即程序）执行完毕。以上面的程序为例，开始执行前，使PC的值等于1000H（注：实际上要将相对地址1000H变换成实际地址绝对地址，这里给出大意）。开始执行：从1000H单元（因为PC的值等于1000H）取出指令“B0H 5CH”（取指），将其送入IR，使PC的值加1（等于1001H？），经IR分析后，这条指令执行完成。由于PC的值变成1002H，下一步，从1002H单元中取出第二条指令“04H 2EH”，再进行分析、执行。最后，存储器地

38、址为0200H单元中的内容是：8AH（计算结果值）。1.5 数字计算机的特点与性能指标 1.5.1 数字计算机的特点 参考教材P18 1.5.2 计算机的性能指标 全面衡量一台计算机的性能，需要考虑系统结构、指令系统、硬件（包括外部设备）的配置、软件的配置等诸方面因素，下列技术指标是主要考虑对象。字长字的长度标志着计算机的计算精度和速度。计算机的字长取决于CPU内部通用寄存器、运算器等的位数和数据总线的宽度。字长高的计算机其数据运算精度高，在取同样精度的情况下，其运算速度也高，当然，硬件成本也高。为了提高数据处理能力，CPU的基本字长也可以高于外部数据总线的宽度。例如CPU内部的寄存器、运算器

39、都是64位，而对外的数据输入、输出则是32位。这样的计算机就称为准64位机。运算速度衡量计算机运算速度的方法主要有“主频率”和“每秒钟可执行的指令条数”两种。目前市场上对微型计算机大多采用标示CPU主频率的方法评价计算机的工作速度，比如P4 2.0G、P4 2.4G等。用每秒钟可执行的指令条数度量计算机运算速度时，度量单位通常是MIPS（Millions of Instruction Per Second），即百万条指令/秒。但是，由于指令的种类不同，所花的执行时间也不同，所以，目前都采用“综合折算法”。而折算的方法也有多种，一种是根据不同类型指令在计算机处理过程中出现的机率，乘上相应的系数，

40、求得统计平均值，即平均速度。另一种是以执行时间最短的指令为标准来确定运算速度。还可以根据每条指令的实际执行时间和计算机的主频率衡量其速度。内存储器的容量内存储器的容量是表征计算机能够存储二进制信息量的一个重要标志，通常以字节（Byte）、兆字节（MB）等为单位计算。例如，市场广告中的标示的P4 2.4G/128M、P4 2.4G/256M等，表示该机的CPU主频率为128M，而内存容量分别是128MB或256MB。微机内存容量配置的高低主要由计算机的应用场合和购买者的经济实力而定。此外，有时衡量一台计算机的性能时还要同时考虑其外存的容量，即硬盘的容量。这取决于用户的需要，根据需要进行选择配置。

41、指令和指令系统一般说来，指令系统中所含指令种类越多、越完整，指令系统的功能就越强。随着计算机体系结构的完善和性能的提高，指令系统也不断地得到发展。伴随着VLSI技术的迅速发展，使得硬件成本不断下降，相对而言软件成本则不断上升，为了满足软件的需要，指令系统变得越来越复杂，于是形成了复杂指令系统计算机CISC（Complex Instruction Set Computer）。然而指令系统过于复杂未必是“好事”，根据统计，指令系统中有不少指令极少用到，于是这些指令也没有必要存在，另一种精简指令系统计算机RISC（Reduced Instruction Set Computer）随之诞生，采用这和指

42、令系统，可以减少设计失误的可能性，提高系统运行速度。外部设备的配置一台计算机所配置的外部设备种类及其性能，是衡量计算机使用是否方便、灵活，适应性是否强等方面的评价指标。例如外部存储器的种类、数量和容量，显示器的种类、屏幕尺寸和分辨率等等。究竟如何选配，主要看用户的需求，以及计算机对外设的扩展能力（与外部设备接口的种类多少）。软件配置软件方面通常需要配置：操作系统、数据库管理系统、高级语言的编译程序、诊断程序，以及一些常用的应用软件。软件配置得丰富，使用起来就方便、适应面宽、功能强。1.6 计算机的发展与应用 1.6.1 计算机的发展历程 参考教材自己看书 1.6.2 提高计算机性能的若干技术

43、1.提高CPU性能的若干新技术 流水线技术流水线技术：将每条指令分解为多步，并让不同指令的各步操作重叠，从而实现几条指令并行处理，以加速程序运行的过程。 以80486的6级流水线技术为例如下图所示： 指 令步 骤 时 钟 周 期1234567891011取指令I1I2I3I4I5I6指令译码I1I2I3I4I5I6地址生成I1I2I3I4I5I6取操作数I1I2I3I4I5I6执行指令I1I2I3I4I5I6存储或回写结果I1I2I3I4I5I6 流水线过程：在第一时钟周期中取I1指令；在第二时钟周期中对I1译码的同时取I2指令；第六个时钟周期结束后，I1处理完毕。 特点：程序中的指令仍是一条一条的执行，并且一步也不少；但是可以预先取若干条指令，并在当前指令尚末执行完时，提前启动后续指令的另一些操作步骤。 Pentium、Pentium Pro、Power PC等CPU中集成了两条甚至更多条流水线，一般流水线深度在56级时就叫超流水线技术。 一般把多条流水线技术称之为超标量技术。 RISC技术CISC（Complex Instruction Set Computer）：传统的计算机结构复杂，有更大的指令集、更多的寻址方式、更多的专用寄存器和更强的指令计算功能等