第1章微型計算機概述

提要：自20世紀70年代初大規(guī)模集成電路組成的微型計

算機問世以來，僅30多年，微型計算機的硬件和軟件系

統(tǒng)得到了飛速的發(fā)展，微型計算機在我國國民內經濟各

個領域得到廣泛的應用。本章介紹微型計算機的發(fā)

展概況、微機系統(tǒng)的組成、微機的主要性能指標

和采用的一些先進技術。

、.〔第1章微型計算機概述

1.1微型計算機的發(fā)展概況

1.2微型計算機的基礎

1.3微型計算機系統(tǒng)

1.4微型計算機采用的先進技術

第1章微型計算機概述

微型計算機的發(fā)展概況

J---------------------

1946年，美國誕生了世界第一臺電子計算機

“ENIAC一日ectronicNumericalIntegratorAndCalculator^

它

使用了18800個電子管和1500多個繼電器，重量達30噸，占地

150平方米，耗電150千瓦，每秒完成5000次加法運算。

自從第一臺計算機誕隼，計算機經歷了

電子管

晶體管，

中小規(guī)模集成電路5個時代

大規(guī)模集成電路,

超大規(guī)模集成電路

第1章微型計算機概述

微型計算機的發(fā)展概況

微處理器推出了四代產品：

4位、

8位I微處理器

16位

32位）

最有影響力的是IBMPC系列微機，其代表機型有：

IBMPC/XT（8位機），PC/AT（16位機）

<80386微機（32位機）

,80486微機（32位機）

、Pentium586（32位機）

第1章微型計算機概述

微型計算機的發(fā)展概況

■JI--------------------

微型計算機的硬件體系米用馮?諾依曼(JohnVonNeumann)

結構。

r運算器

控制器

微型計算機硬件J存儲器

輸入設備

〔輸出設備

一流水線技術

微型計算機采用的先進技術-虛擬存儲器技術

I高速緩沖技術

第1章微型計算機概述

Xl.i微型計算機的發(fā)展概況

W------------------------------

1.L1微型計算機的發(fā)展

Intel處理引入最大時每個芯片上的通用寄數(shù)據(jù)總線最大外部可尋Caches

器時間鐘頻率晶體管數(shù)存器（位）址空間

（位）

Intel40041971444096(4)None

Intel800819718816KBNone

Intel808619788MHz2.9萬16161MBNone

Intel286198212.5MHz13.4萬161616MBNone

Intel386198520MHz27.5萬32324GBCache

DX

Processor

Intel486198925MHz120萬32324GBLl:8kB

DX

Processor

第1章微型計算機概述

:微型計算機的發(fā)展概況

Pentium199360MHz310萬32644GBLl:16kB

Processor

Pentium1995200MHz550萬326464GBLl:16kB

ProProcessorL2:256kB

or512kB

PentiumII1997266MHz700萬326464GBLl:32kB

ProcessorL2:256kB

or512kB

PentiumIII1999500MHz820萬326464GBLl:32kB

ProcessorL2:512kB

第1章微型計算機概述

1.1微型計算機的發(fā)展概況

1.L2計算機軟件的發(fā)展

程

序r機器語言:由多個1和o組成的二進制代碼

設

計

￥匚編語用助記符代替二進制碼。

語g：

言

局級語言：FORTRAN、BASIC、C/C++、Pascal

DOS操作系統(tǒng)(DOSl.O—DOS6.2)

軟件系統(tǒng)

MSWindows操作系統(tǒng)(Windows3.1Windows98

WindowsNT、Windows2000>WindowsXP)

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.1微型計算機的硬件結構

1.2.1微型計算機的硬件結構

微型計算機的硬件結構體系采用馮?諾依曼建

立的經典結構。其主要特點是：微型計算機的

硬件由五大部分組成。

1.運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出

設備。

2.運算器、控制器、存儲器、輸入/輸出設備

和總線。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

11.2.1微型計算機的硬件結構

?AB

運算器>DB

>CB

控制器

［一輸入設備

MPU存儲器I/O接口

I-^輸出設備

圖1-1微型計算機硬件結構框圖

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.1微型計算機的硬件結構

■微處理器是微機的核心，由運算器和控制器組

成，合稱微處理器（CPU）。

■運算器用于對信息進行處理和運算；

■控制器根據(jù)程序的要求發(fā)出各種控制命令，協(xié)

調各部件之間的工作。

■存儲器的作用是存儲程序、數(shù)據(jù)和運算的結果。

■輸入/輸出設備由多個I/O接口和外部設備組

成，用于微機與外部交換信息。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.1微型計算機的硬件結構

■總線是一組導線，用于各部件之間的信息傳

輸。微機的各組成部件通過總線連接起來。

■數(shù)據(jù)總線(DB?DataBus)：用來傳送數(shù)據(jù)信

息、，由于數(shù)據(jù)信息可以在CPU和存儲器、I/O

設備之間相互傳送，故為雙向總線。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2」微型計算機的硬件結構______________

■喂址總線(AB-AddressBus)：

用于傳送CPU發(fā)出的地址信息，是單向總

線。微機中存儲單元和I/O設備都有地址，在

交換信息前，CPU先通過傳送地址信息找尋所

需交換信息存儲器和I/O設備，然后經過數(shù)據(jù)

總線進行信息的交換。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.1微型計算機的硬件結構

■控制總線(CB?ControlBus)：

用來傳送控制信號、時序信號和狀態(tài)信號。

由于有的信號由CPU發(fā)向存儲器和I/O設備，

有的信號由存儲器和I/O設備發(fā)向CPU,故控

制總線從整體上看是雙向的。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

，1.2.2微型計算機的硬件結構

■I

■常用的計數(shù)制有：十進制、八進制、十六進

制和二進制。

■十進制(D-decimal)

■十進制數(shù)碼為0,1,2,3,4,5,6,7,8,

9共10個，權為10的累，逢十進一，借一當十。

■例如：(245.25)10=

2X102+4x101+5X100+2X1CH+5X10-2

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

n1.2.2微型計算機的硬件結構

Jr-----

■二進制(B-binary)

■二進制數(shù)碼為0和1,權為2的哥，逢二進

一，借一當二。

■例如：

■(11110101.01)2

■=1X27+1X26+1X25+1X24+0X23

■+1X22+0x2i+1x20+0x2-i+1X2々

■=(245.25)10

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1122微型計算機的硬件結構

Jr-二

■八進制(O-octal)

■八進制數(shù)碼為0,1,2,3,4,5,6,7共8

個，權為8的哥，逢八進一，借一當八。

■例如：

■(365.2)8=3X82+6X81+5X80+2X8-1

(245.25)10

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.2微型計算機的硬件結構

■十六進制(H-hexadecimal)

■十六進制數(shù)碼為0,1,2,3,4,5,6,7,

8,9,A,B,C,D,E,F共16個，其中A,

B,C,D,E,F分別表示十進制的10,11,

12,13,14,15；權為16的累，逢十六進

一，借一當十六。

例如：(F5.4)16=FX161+5X160+4X16-1

=(245.25)10

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

-L機器數(shù)與真值

■機器數(shù)：一般情況，在數(shù)的最高位之前增設

一位符號位，。表示正數(shù)，1表示負數(shù)。這種符

號數(shù)碼化的數(shù)叫機器數(shù)。

-真值：機器數(shù)所代表的數(shù)的本身叫真值。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

-機器數(shù)具有如下的特點：

■(1)機器字長是有限的，字長可決定數(shù)的表

示范圍。

■(2)符號數(shù)值化，參與運算。

■(3)小數(shù)點按約定方式標出，而不是以專門

操作器件表示。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■2.原碼、反碼和補碼

■在計算機執(zhí)行算術運算時，用原碼實現(xiàn)乘、

除運算，用補碼實現(xiàn)加、減運算。

■(1)原碼表示法

■原碼表示法是一種最簡單的機器數(shù)表示法，

用最高位表示符號位，符號位為“0”表示該位

為正，符號位為T”表示該數(shù)為負，數(shù)值部分

就是原來的數(shù)值。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

-設定點數(shù)字長為n,原碼定義為:

rX0<X<2^-1

[X]原=1

>1-X2n-i〈XWO

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

11.2.3數(shù)在計算機中的表示

■例如:X=+1101001,[X]M=X=01101001

X=-1101001,[X]原=2n-i—X

(-1101001)

=10000000+1101001

=11101001

■在原碼表示中，真值。有兩種不同的表示形式：

■[+0]原=00000000

■[-0]原=10000000

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

-原碼表示法的特點：直觀易懂，機器數(shù)和真

值的相互轉換很容易。

■用原碼實現(xiàn)乘、除法的規(guī)則：

■當兩個原碼數(shù)相乘或相除時，積或商的數(shù)值

部分和符號部分分別計算；

■積或商的數(shù)值部分為兩個原碼數(shù)值部分的乘

積或求商；

■積或商的符號位為兩個原碼數(shù)符號的“異或'

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

?例如:設[X]原=00000100,

求

[Y]m=10000010,XXY=?

解：積的數(shù)值=0000100X0000010=0001000

積的符號=0十1=1

貝ij：XXY=10001000

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■(2)反碼表不法

在反碼表示法中，正數(shù)的反碼就等于真值，

負數(shù)的反碼是把其原碼除符號位以外的各位

按位取反。

-設定點整數(shù)字長為n,反碼定義為：

rX0<X<2n-i

兇反=<

1(2n-l)+X-2"X<0

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■例如：X=+1101001,[X]^=X=01101001

X=-1101001,

兇反=(27)+X

=(28-1)+(-1101001)

=(100000000-1)+(-1101001)

=11111111-1101001

=10010110

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

或者：對于負數(shù)X=-1101001

其原碼［X］原=11101001

則反碼［X］反=10010110

在反碼表示中，真值。有兩種不同的表示形式:

［+0］反=00000000

［-0］反=11111111

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■(3)補碼表示法

設定點整數(shù)字長為n,補碼定義為:

「X0<X〈2n-1

[XX=Y

I2n+X-2n-KX<0

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

]]11.2.3數(shù)在計算機中的表示___________

■例如：X=+1101001,[X]補=X=01101001

X=-1101001,

兇補=2n+X

=28+(-1101001)

=100000000-1101001

=10010111

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

J.11.2.3數(shù)在計算機中的表示

■或者：對于負數(shù)X=-1101001

其原碼［X］原=1110100

反碼［X］反=10010110

補碼［X］補=［X］反+1=10010110+1

=10010111

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

■L2.3數(shù)在計算機中的表示_________________

Jr-----

■在補碼表示中，真值0的表示形式是唯一的：

［+0］補=［-0］補=00000000

［兇補］補=兇原

■補碼表示法的特點：使符號位參加運算，從而

簡化了加、減法的規(guī)則，使減法運算轉換為加

法運算，簡化可運算電路。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

補碼加、減法的規(guī)則是：［X+刈補=兇補+［Y］補

［X-Y］補=［X］補+［-Y］補

-已知［Y］補，如何求［-Y］補?

-如果已知［Y］補，那么對［Y］補的每一位（包括符

號位）都按位求反，然后再在末位加1,結果

即為［-Y］補。已知為］補求［-Y］補的過程叫變補。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

?喝如:設［X］補=00000100,

［Y］tt=11110010,求：［X+Y］補和［X-丫］補

■解：［X+Y］補=［X］補+［Y］補

=00000100+11110010

二11110110（-10的補碼）

［X-Y］補=兇補+［-Y］補

=00000100+（00001101+1）

=00010010+00001110

=00010010（18的補碼）

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■3.有符號數(shù)與無符號數(shù)

(1)無符號數(shù)：通常表示一個數(shù)的絕對值，

即數(shù)的各位都用來表示數(shù)值的大小。對于一

個8位二進制數(shù)，只能表示0?255范圍內的數(shù)。

因此」要表示大于255的數(shù)，必須采用多字節(jié)

來表示。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■單字節(jié)（表示的范圍。?255）

數(shù)值位

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

11.2.3數(shù)在計算機中的表示

多字節(jié):

7654321076543210

數(shù)值位

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■（2）有符號數(shù)：用來表示一個任意位長的正

數(shù)或負數(shù)。一般是，用一個數(shù)的最高位表示

符號位,用“0”表示正號,用T”表示負號，而

其余的位為數(shù)值位。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■單字節(jié)（表示的范圍?128?+127）

符號位數(shù)值位

第i章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■多字節(jié)

7654321076543210

數(shù)值位

符號位

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

4,定點數(shù)和浮點數(shù)

■在計算機中，對小數(shù)點的處理有兩種：定點

數(shù)和浮點數(shù)。

■(1)定點數(shù)：是指小數(shù)點的位置固定不

變，常用的定點數(shù)有下列兩種。

小數(shù)點固定在符號位之后，如1.1010111；機器中

所有數(shù)均為小數(shù)。

小數(shù)點固定在最低位之后，如11010111.；機器中所

有數(shù)均為整數(shù)。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

（2）浮點數(shù)

浮點數(shù)畝階碼和尾數(shù)兩部分組成。對任意一

個帶符號的二進制數(shù)N的一般形式可表示為：

N=±SX2士〕

S：二進制小數(shù)，稱為尾數(shù)（尾數(shù)的符號位

包括在內）；

J：數(shù)的階碼，為二進制整數(shù)（階碼的符號位

包括在內）

2：階碼的底。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■例如:一個浮點數(shù)-0.101011010X2-0001。的

表示格式如下。

1514131211109876543210

1000101101011010

階碼尾數(shù)

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

■|1.2.3數(shù)在計算機中的表示_________________

--------------------

-(3)規(guī)格化數(shù)與“溢出”

-為了提高浮點數(shù)的表示精度，數(shù)采用規(guī)格化表

示法。

■規(guī)格化數(shù)：如果尾數(shù)的第一位有效數(shù)字是1

(不包括符號位)時，該數(shù)既是規(guī)格化數(shù)。

■例如：1.1010111,0.1010001,0.1000000

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

-非規(guī)格化數(shù)：當尾數(shù)的第一位有效數(shù)字是0

（不包括符號位），時，該數(shù)是非規(guī)格化數(shù)。

■例如：1.0100000,1.0111111,0.0111111

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■溢出：當兩個有符號數(shù)進行補碼運算，若運算

結果的絕對值超過運算裝置的容量時，數(shù)值部

分就會發(fā)生溢出，占據(jù)符號位的位置，導致錯

誤的結果，這種現(xiàn)象通常成為補碼溢出，簡稱

“溢出”。這和正常運算符號位的進位自動丟失

性質上是不同的。例如：某運算裝置共有5

位，除最高位表示符號位外，還有4位用來表

示數(shù)值。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

數(shù)在計算機中的表示

J--1-.2-.3--------

-先看下面兩組運算。

■(1)計算13+7=?

+130i1101B

+)+___L+)0J0、1、1、1B

+201：0~~1~~00B=-12

十進制運算二進制補碼運算

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■(2)計算(-4)+(-4)=?

-41i1100B

+)-4+)、1、|1、100B

1▲~~FTl~~000B=-8

符號位的進位自動丟掉

十進制運算二進制補碼運算

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

-(1)的運算結果顯然是錯的，產生錯誤的原

因是由于兩個數(shù)相加后的數(shù)值超出了加法裝置

所允許位數(shù)(數(shù)值部分4位)，因而從數(shù)值的

最高位向符號位產生了進位，或者說這種現(xiàn)象

是由于“溢出”而造成的。

■(2)的結果顯然是正確的，由符號位產生的

進位自動丟失

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■為了保證運算結果的正確性，計算機必須能夠判別出

是正常進位還是發(fā)生了溢出錯誤。

■微機中常用的溢出判別稱為雙高位判別法，并常用

“異或'電路來實現(xiàn)溢出判別。其表達式為：

■Cs十Cp=1表示發(fā)生溢出

■式中：

■Cs—最高位（符號位）產生進位的情況。

■Cs=1,有進位；Cs=0,無進位。

■Cp——次高位（數(shù)值部分最高位）向符號位產生進

位的情就。CP=1,有迸位；CP=0,無進位。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■由表達式可知：

■1）當運算結果中，Cs和Cp狀態(tài)不同時（為01或10）

時，產生溢出；

■2）當運算結果中，Cs和Cp狀態(tài)相同（為0十0或

1十1）時，不產生溢出。

在發(fā)現(xiàn)溢出時，Cs十Cp=01為正溢出（上溢出），

通常出現(xiàn)在兩個正數(shù)相加時；Cs十Cp=10為負溢出

（下溢出），通常出現(xiàn)在兩個負數(shù)相加時。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■考察上面的兩例。例(1)中，Cs十CP=O十1=1,有

溢出，為正溢出。例(2)中，Cs十CP=1十1=0,

無溢出，從而可知：一個正數(shù)和一個負數(shù)相加，和肯

定不溢出。下面舉例說明溢出判別。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■例1

01000000B（+6鈉補碼）

+）0、1000001B（+6的補碼）

1000000~~1~~1~~（-12的補碼）

■由于Cs十CP=0十1=1產生了溢出，并且是正

溢出，導致運算結果出錯（兩個正數(shù)相加得到

負數(shù)的結果）。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

>-1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■例2.

10010010B（T10的補碼）

+）>10100100B（-9%勺補碼）

1~~~~1~~1~~0~~1~~1~~

■由于Cs十CP=1十0=1,產生了溢出，并且是

負溢出，結果出錯

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.3數(shù)在計算機中的表示

■例3.

10001011B（T17的補碼）

+）、0、1、1、1、10、0、1B（+121的補碼）

100000100B（+的補碼）

■一個負數(shù)和一個正數(shù)相加，結果不溢出。

■Cs十Cp=1十1=0

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.4數(shù)的編碼方法

L2.4數(shù)的編碼方法

-計算機采用的是二進制數(shù)。在計算機中表示

的數(shù)、字母、符號等都以特定的二進制碼來

表示，也就是二進制編碼。

■二進制編碼就是以若干位二進制數(shù)的不同組

合來表示一組數(shù)、字母及符號的方法。

■1.BCD(BinaryCodedDecimal)碼是以

4位二進制編碼的不同組合來表示十進制數(shù)

0?9o

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.4數(shù)的編碼方法

■在計算機中較常用的是8421BCD碼。這種

BCD碼用四位二進制數(shù)表示十進制數(shù)的數(shù)碼

0?9,而這四位的權從高位到低位依次為8、

4、2、lo

■例如：(208)10=(001000001000)842IBCD

■(1001000101110101)842IBCD=(9175)10

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

1.2.4數(shù)的編碼方法

■2.ASCII碼

■目前，在微機、通訊設備和儀器儀表中廣泛采用的是

美國標準信息交換碼ASCIICAmericanStandard

CodeforInformationInterchanged碼。它用7位二

進制碼表示一個字母或符號，共能表示27=128個不

同的字符。其中包括數(shù)字0?9共10個數(shù)字，英文26

個大寫字母，26個小寫字母，32個通用控制符號和

34個專用字符。

第1章微型計算機概述

1.2微型計算機基礎

]124數(shù)的編碼方法_____________________

-------------------------------

■常用的ASCII編碼：

.數(shù)字0?9的ASCII編碼為30H?39H；

■大寫字母A?Z的ASCII編碼為41H?5AH；

■小寫字母a?z的ASCII編碼為61H?7AH；

?回車符CR的ASCII編碼為0DH；

■換行符LF的ASCH編碼為0AH；

■換頁符FF的ASCII編碼為0CH。

第1章微型計算機概述

1.3微型計算機系統(tǒng)

1.3.1微機系統(tǒng)的硬件

■1.3微機計算機系統(tǒng)

1.3.1微機系統(tǒng)的硬件

「臺式

微型

計算機Y

便攜式

「主機

外設接口卡

硬件［輸入/輸出設備

〔電源

第1章微型計算機概述

1.3微型計算機系統(tǒng)

11.3.1微機系統(tǒng)的硬件

■1.主機

「機箱

主機彳主板(MotherBoard)

，接口電路(Interface)

第1章微型計算機概述

1.3微型計算機系統(tǒng)

1.3.1微機系統(tǒng)的硬件

2,外設接口卡

「顯示接口卡

聲卡

外設接口卡j解壓卡

調制解調卡

〔傳真卡

第1章微型計算機概述

1.3微型計算機系統(tǒng)

1.3.1微機系統(tǒng)的硬件

3,輸入輸出設備

r鍵盤

顯示器

打印機

輸入輸出設備j鼠標

調制解調器

.網(wǎng)卡

掃描儀

第1章微型計算機概述

1.3微型計算機系統(tǒng)

微機系統(tǒng)的硬件

1B1.3.1

-二

4.電源

微型計算機的電源為220V交流電。

內部將220V電壓轉換成±5V、±12V四種DC電

壓。

微型計算機的電源臺式機功率為150?

220W；立式機功率為220?400W。

第1章微型計算機概述

1.3微型計算機系統(tǒng)

1.3.2微機系統(tǒng)的軟件

■1.3.2微機系統(tǒng)的軟件

-微機系統(tǒng)中的軟件包括系統(tǒng)軟件和應用軟件

兩大類。

■系統(tǒng)軟件指使用和管理計算機的各種軟件。

操作系統(tǒng)

各種高級語言處理程序

基本系統(tǒng)軟件1編譯系統(tǒng)

各種服務程序

數(shù)據(jù)庫管理程序

第1章微型計算機概述

1.3微型計算機系統(tǒng)

1.3.3微機系統(tǒng)的性能指標

1.3.3微機系統(tǒng)的性能指標

存儲器容量

性能指標《運算速度

擴展能力

I軟件配置情況

第1章微型計算機概述

1.3微型計算機系統(tǒng)

1.3.3微機系統(tǒng)的性能指標

■1,字長

■字長指計算機內部一次可以處理的二進制的

位數(shù)。字長越長，計算機所能表示的數(shù)據(jù)精

度越高，在完成同樣精度的運算時數(shù)據(jù)的處

理速度越高。

■PC/XT微機的字長為16位；

■386、486微機的字長為32位；

?586微機的字長為32位或64位。

第1章微型計算機概述

1.3微型計算機系統(tǒng)

1.3.3微機系統(tǒng)的性能指標

■2,存儲器容量

■存儲器容量是衡量計算機存儲二進制信息量

大小的一個重要指標。微型計算機中通常以

一字節(jié)為單位表示存儲容量。

■2io=lO24B=lKB

■220=1O24KB=1MB

■230=1O24MB=1GB

■240=1O24GB=1TB

第1章微型計算機概述

1.3微型計算機系統(tǒng)

1.3.3微機系統(tǒng)的性能指標

■3,運算速度

■計算機的運算速度以每秒鐘能執(zhí)行的指令條

數(shù)來表示。

■MIPS（MillionsofInstructionsperSecond

百萬條指令/秒）法

■最短指令法

■直接計算

第1章微型計算機概述

1.3微型計算機系統(tǒng)

1.3.3微機系統(tǒng)的性能指標

■4,擴展能力

■主要指計算機系統(tǒng)配置各種外設的可能性和適

應性。

■5.軟件配置情況

■軟件是計算機系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。

一臺計算機軟件是否配置齊全，是關系到計算

機性能的重要指標。

第1章微型計算機概述

1.4微機系統(tǒng)采用的先進技術

1.4.1流水線技術

■1.4.1流水線技術

■指令流水線(InstructionPipelining)技術是一種

將每條指令分解為多步，并使不同指令的各步重疊操

作，以實現(xiàn)幾條指令并行操作，加速程序執(zhí)行速度的

一種技術。

■流水線的實現(xiàn)是通過增加計算機硬件來實現(xiàn)的。通常

一條指令的執(zhí)行分為預取指令、譯碼、地址生成、取

操作數(shù)、指令執(zhí)行等多個步驟，每個步驟都需要有相

應的硬件電路在支持。才能實現(xiàn)流水線作業(yè)。

第1章微型計算機概述

1.4微機系統(tǒng)采用的先進技術

1.4.2高速緩沖存儲器技術

1.4.2高速緩沖存儲器技術

■在80386以后的微型機中，為了加快運算速

度，都增設；一級或二級的高速小容量存

儲器，稱之為高速緩沖存儲器。高速緩沖存

儲器的存取速度比微機中的主存儲器要快一

個數(shù)量級，大體和CPU的處理速度相當。

第1章微型計算機概述

1.4微機系統(tǒng)采用的先進技術

1.4.2高速緩沖存儲器技術

■對Cache的工作原理可以進行如下描述：具有

Cache的計算機，當CPU需要進行存儲器存取

時，首先檢查所需數(shù)據(jù)是否在Cache中。如果

存在，則可以直接存取其中的數(shù)據(jù)而不必插入

任何等待狀態(tài)，這是最佳情況，稱為高速命口。

當CPU所需信息不在Cache中時，則需切換存

取主儲器，由于速度較慢，需要插入等待狀

態(tài)，這種情況稱高速未命「：。

第1章微型計算機概述

1.4微機系統(tǒng)采用的先進技術

1.4.2高速緩沖存儲器技術

在CPU存取主存儲器的時候，按照最優(yōu)化

原則將存儲信息同時寫入到Cache中，以保證

下次可能的高速命中。因此，同一數(shù)據(jù)可能同

時存儲在主存儲器和Cache中；同樣，按照優(yōu)

化算法，可以淘汰Cache中的一些不常使用的

數(shù)據(jù)。

第1章微型計算機概述

1.4微機系統(tǒng)采用的先進技術

1.4.2高速緩沖存儲器技術

所以，提高高速命中率的最好方法是盡量使

Cache存放CPU最近一直在使用的指令與數(shù)據(jù)，當

Cache裝滿后，可將相對長期不用的數(shù)據(jù)刪除，提高

Cache的使用效率。為保持Cache中數(shù)據(jù)與主存儲

器中數(shù)據(jù)的一致性，避免CPU在讀寫過程中，將

Cache中的新數(shù)據(jù)遺失，造成錯誤的讀數(shù)據(jù)，確保

Cache中更新過程的數(shù)據(jù)不會因覆蓋而消失，必須將

Cache中的數(shù)據(jù)更新及時準確地反映到主存儲器中，

這是一個寫入過程，通常采用的處理方法有：直寫式、

緩沖直寫式與回寫式三種。

第1章微型計算機概述

1.4微機系統(tǒng)采用的先進技術

1.4.2高速緩沖存儲器技術

■1.直寫式系統(tǒng)：CPU對Cache寫入時，將數(shù)

據(jù)同時寫入到主存儲器中，這樣可保證Cache

中的內容與主存儲器的內容完全一致。這種方

式比較直觀，而且簡單、可靠，但由于每次對

Cache更新時都要對主存儲器進行寫操作，而

這必須通過系統(tǒng)總線來完成，因此總線工作頻

繁，系統(tǒng)運行速度就會受到影響。

第1章微型計算機概述

1.4微機系統(tǒng)采用的先進技術

1.4.2高速緩沖存儲器技術

■2.緩沖直寫式系統(tǒng)：為解決直寫式系統(tǒng)對總線速度

的影響問題，在主存儲器的數(shù)據(jù)寫入時增加緩沖器區(qū)。

當要寫入主存儲器的數(shù)據(jù)被緩沖器鎖存后，CPU便

可執(zhí)行下一個周期的操作，不必等待數(shù)據(jù)寫入主存儲

器。這相對于給主存儲器增加了一個單向單次高速

緩存。比如，在寫入周期之后可以緊接著一個數(shù)據(jù)已

存在于Cache中的讀取周期，這樣就可避免直寫式系

統(tǒng)造成的操作延時。但這個緩沖器只能存儲一次寫入

的數(shù)據(jù)，當連續(xù)兩次寫操作發(fā)生時，CPU仍需等待。

第1章微型計算機概述

1.4微機系統(tǒng)采用的先進技術

1.4.2高速緩沖存儲器技術

■3.回寫式系統(tǒng)：以前的兩種寫入方式系統(tǒng)，

都是在寫Cache的同時，對主存儲器進行寫操

作。實際上這不僅是對總線帶寬的占用，浪費

了寶貴的執(zhí)行時間，而且對于有的情況是不必

要的，可以通過增加額外的標準來判斷是否有

必要更新數(shù)據(jù)?；貙懯较到y(tǒng)就是通過在Cache

中的每一數(shù)據(jù)塊的標志字段中加入一更新位，

解決主存儲器不必要的寫操作。

第1章微型計算機概述

1.4微機系統(tǒng)采用的先進技術

1.4.2高速緩沖存儲器技術

比如，若Cache中的數(shù)據(jù)曾被CPU更新過但還

未同時更新主存儲器，則該更新位被置1。每

次CPU將一塊新內容寫入Cache時，首先，檢

查Cache中該數(shù)據(jù)塊的更新位，若更新位為

0,則將數(shù)據(jù)直接寫入Cache；反之，若更新位

為1,則先將Cache中的該項內容寫入到主存

儲器中相應的位置，再將新數(shù)據(jù)寫回到Cache

中。

第1章微型計算機概述

1.4微機系統(tǒng)采用的先進技術

1.4.2高速緩沖存儲器技術

與直寫式系統(tǒng)相比,回寫式系統(tǒng)可省下一

些不必要的立即回寫操作，而在許多情況下這

是很頻繁出現(xiàn)的。即使一個Cache被更新，若

未被新的數(shù)據(jù)所取代，則沒有必要立刻進行主

存儲器的寫操作。也就是說，實際寫入主存儲

器的次數(shù)，可能少于CPU實際所執(zhí)行的寫入周

期的次數(shù)，但回寫式系統(tǒng)的結構較復雜，

Cache也必須用額外的容量用來存彳諸標志。

由于回寫系統(tǒng)的高效率，現(xiàn)代的Cache大

多采取這種方式進行操作。

第1章微型計算機概述

1.4微機系統(tǒng)采用的先進技術

L1A3虛擬存儲器技術

■1.4.3虛擬存儲器技術

■虛擬存儲技術是在內存儲器和外存儲器之間增加一定

的硬件和軟件支持，使內存和外存形成一個有機的整

體。

■計算機在操作時，將程序預先存放在外存儲器中，有

系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理和調度，按照某種置換酸

法將外存的內容依次調入內存中被CPU執(zhí)行。這樣，

對使用者來說，從CPU看到的是一個速度接近內存而

容量卻與外存相當?shù)募傧蟠鎯ζ鳎Q為虛擬存儲器。

第1章微型計算機概述

1.4微機系統(tǒng)采用的先進技術

11.4.3虛擬存儲器技術

/CPU\

/寄存器'

高速緩存

主存儲器

輔助存儲器

大容量輔助存儲器

第1章微型計算機概述

1.4微機系統(tǒng)采用的先進技術

1.4.2RISC技術

1.4.4RISC(ReducedInstruction

Computing)精簡指令技術

精簡指令集技術簡稱RISC。起主導思想是

精簡CPU芯片中指令的數(shù)目，簡化芯片的復

雜程度，使指令的執(zhí)行速度更快

第一譚

*毛加《叱3班,為風6

Z俐型鄧軸峰先物陵件宓鞏中國坊.國成？倚洪忘再注沈功能.

患做更時JM不紡魚裸舛由q黑黯.筱到雅.存械於，城Ag

秘猱西彼金戈大朝組配蟲隰府.假嵬叱y處理科龍尊；也同

第根糖耕的鑄燦爭利唯蒯命念林峋交坪件為新力4片保

晶的作襁紳蝌即，物疑送耳級果；輸，'和族兇汲^林卜戰(zhàn)機

當才邢交帙曲以

〃矩F戒煙何轉頓―-....---------

w勿"/"0e>=，o/c〃ix>力32'=>2

g0，0”。?！癪二IX^T十I人2~3+1X2山+1《尸十火爐二久/夕夕2/廳79"’

F，弱P=/。?！?1^/、'

幼夕％37$7=〃"建

砌/。“。。/。6=260=B2H/

S3/。"二〃s7^。。勿。。。,〃。（，=/〃/0.6f

5句心叫市魂故?什心咻魚?木敘更有兩身秋抖無能救的前銀敬鈣育

聞勝邑荻不多三￡??

機在敏曲景周缶斕增謾-竭當心娓亦正數(shù)j或布族做關

科周當檄為。^叔平曙機書驍蟻所恬曲中的小爭悟直

不著多赦前機器叔稀點的衣不必.反移去木之積襯兮民三

科布田藥.