CPU 存储器的数据类型及寻址方式
计算机系统结构复习试题及答案（非计算）
计算机系统结构复习试题及答案（⾮计算）⼀．名词解释计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种⾓度看⼜好像不存在的概念称为透明性。
系列机：由同⼀⼚家⽣产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的⼀系列不同型号的计算机。
同构型多处理机系统：由多个同类型或⾄少担负同等功能的处理机组成，它们同时处理同⼀作业中能并⾏执⾏的多个任务。
堆栈型机器：CPU 中存储操作数的单元是堆栈的机器。
累加器型机器：CPU 中存储操作数的单元是累加器的机器。
通⽤寄存器型机器：CPU 中存储操作数的单元是通⽤寄存器的机器。
数据相关：考虑两条指令i 和j，i 在j 的前⾯，如果下述条件之⼀成⽴，则称指令j 与指令 i 数据相关：（1）指令j 使⽤指令i 产⽣的结果；（2）指令j 与指令k 数据相关，⽽指令k ⼜与指令i 数据相关。
定向：⽤来解决写后读冲突的。
在发⽣写后读相关的情况下，在计算结果尚未出来之前，后⾯等待使⽤该结果的指令并不见得是马上就要⽤该结果。
如果能够将该计算结果从其产⽣的地⽅直接送到其它指令需要它的地⽅，那么就可以避免停顿。
向量处理机：指令级并⾏：简称ILP。
是指指令之间存在的⼀种并⾏性，利⽤它，计算机可以并⾏执⾏两条或两条以上的指令。
指令的动态调度：是指在保持数据流和异常⾏为的情况下，通过硬件对指令执⾏顺序进⾏重新安排，以提⾼流⽔线的利⽤率且减少停顿现象。
是由硬件在程序实际运⾏时实施的。
指令的静态调度：是指依靠编译器对代码进⾏静态调度，以减少相关和冲突。
它不是在程序执⾏的过程中、⽽是在编译期间进⾏代码调度和优化的。
失效率：CPU 访存时，在⼀级存储器中找不到所需信息的概率。
失效开销：CPU 向⼆级存储器发出访问请求到把这个数据调⼊⼀级存储器所需的时间。
强制性失效：当第⼀次访问⼀个块时，该块不在Cache 中，需要从下⼀级存储器中调⼊Cache，这就是强制性失效。
微机原理课后习题参考答案
微机原理课后习题参考答案第1部分微型计算机基础知识1.1 微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者之间有什么不同？【解】微处理器：指计算机内部对数据进行处理并对处理过程进行控制的部件，伴随着大规模集成电路技术的迅速发展，芯片集成密度越来越高，CPU可以集成在一个半导体芯片上，这种具有中央处理器功能的大规模集成电路器件，被统称为“微处理器”。
微型计算机：简称“微型机”、“微机”，也称“微电脑”。
由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。
由微处理机(核心)、存储片、输入和输出片、系统总线等组成。
特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便。
微型计算机系统：简称“微机系统”。
由微型计算机、显示器、输入输出设备、电源及控制面板等组成的计算机系统。
配有操作系统、高级语言和多种工具性软件等。
1.2 CPU在内部结构上由哪几部分组成？CPU应该具备哪些主要功能？【解】CPU在内部结构上由运算器、控制器、寄存器阵列和内部总线等各部分构成，其主要功能是完成各种算数及逻辑运算，并实现对整个微型计算机控制，为此，其内部又必须具备传递和暂存数据的功能。
1.3 微型计算机采用总线结构有什么优点？【解】①简化了系统结构，便于系统设计制造；②大大减少了连线数目，便于布线，减小体积，提高系统的可靠性；③便于接口设计，所有与总线连接的设备均采用类似的接口；④便于系统的扩充、更新与灵活配置，易于实现系统的模块化；⑤便于设备的软件设计，所有接口的软件就是对不同的口地址进行操作；⑥便于故障诊断和维修，同时也降低了成本。
总线的逻辑电路有些是三态的，即输出电平有三种状态：逻辑“0”，逻辑“1”和“高阻”态。
1.4计算机总线有哪些，分别是什么？【解】总线按其信号线上传输的信息性质可分为三组：①数据总线，一般情况下是双向总线；②地址总线，单向总线，是微处理器或其他主设备发出的地址信号线；③ 控制总线，微处理器与存储器或接口等之间1．5 数据总线和地址总线在结构上有什么不同之处？如果一个系统的数据和地址合用一套总线或者合用部分总线，那么要靠什么来区分地址和数据？【解】数据总线（DB）为双向结构，数据在CPU与存储器或I/O 接口之间的传送是双向的，（数据既可以读也可以写），其宽度通常与微处理器的字长相同。
第3章 80X86的指令系统和寻址方式
通用寄存器 ；
(3)变址：其值存放在变址寄存器中。SI、DI 、除ESP外的 32位通用寄存器 ； (4)比例因子：是386及后继机型中新增寻址方式中的术语。 其值可为1、2、4、8。
寻址方式
立即数寻址 寄存器寻址 存储器寻址
直接寻址 寄存器间接寻址 寄存器相对寻址 基址变址寻址 相对基址变址寻址
练习
MOV AX, ARRAY[4]
MOV AX, [BX] MOV AX, [BX+2] ；直接寻址，偏移地址= ARRAY+4 ；寄存器间接寻址
；寄存器相对寻址 MOV AX, ARRAY [BX] ；寄存器相对寻址
MOV AX, [BX+SI] MOV AX, [BX+DI+2]
；基址（BX）变址（SI）寻址 ；相对基址变址寻址
；(BX)←1234H ；(AX)←(BX)
4）寄存器间接寻址方式
有效地址包含在基址寄存器或变址寄存器中；
寄存器可以是BX、BP、SI、DI之一。
（1) 以BX、SI、DI进行寄存器间接寻址，隐含的段
寄存器为数据段寄存器DS 。
MOV AX, [BX]
；物理地址=DS×16+BX ；物理地址=DS×16+SI ；物理地址=DS×16+DI
2）立即数（常数）到存储单元的数据传输
例 3.18 MOV MEM_BYTE, 20H ；将立即数20H送到MEM_BYTE存储单元 MOV DS:[0005H], 4500H ；立即数4500H送到DS:0005H的存储单元中
3）立即数到通用寄存器的数据传输 例 3.19 MOV AL, 20H MOV SP, 2000H ；将立即数20H送到AL寄存器 ；将立即数2000H送入SP寄存器
大工16秋《可编程控制器》辅导资料五
可编程控制器辅导资料五主题：课件第三章第2节——存储器的数据类型与寻址方式学习时间：2016年10月31日－11月6日内容：我们这周主要学习课件第三章PLC的程序设计基础第2节PLC的编程语言与程序结构的相关内容。
希望通过下面的内容能使同学们加深对PLC的程序设计相关知识的理解。
一、学习要求1．掌握PLC的存储器的数据类型与寻址方式。
二、主要内容1．数据在存储器中存取的方式所有的数据在PLC中都是以二进制形式表示的，数据的长度和表示方式称为数据格式。
（1）用1位二进制数表示开关量二进制数的1位（bit）只有0和1这两种不同的取值，可以用来表示开关量（或称数字量）的两种不同状态。
位数据的数据类型为BOOL（布尔）类型。
S7-200的位存储单元的地址由字节地址和位地址组成，例如I3.2，其中的区域标识符“I”表示输入，字节地址为3，位地址为2。
（2）多位二进制数可以用多位二进制数来表示数字，二进制又称为8421码，8位二进制数组成一个字节，相邻的两个字节组成一个字，相邻的4个字节组成双字（3）十六进制数十六进制数使用16个数字符号，即0～9和A～F，A～F分别对应于十进制数10～15。
（4）BCD码BCD码是二进制编码的十进制数的缩写，BCD码用4位二进制数的组合来表示1位十进制数。
例如十进制数23对应的BCD码为2#00100011。
2．CPU的存储区（1）输入映像寄存器I（输入继电器）输入继电器是PLC用来接收用户设备输入信号的接口，它的作用是接收来自现场的控制按钮、行程开关及各种传感器等的输入信号。
通过输入继电器，将PLC 的存储系统中与外部输入端子(输入点)建立起明确对应的连接关系，它的每1位对应1个数字量输入点。
输入继电器的状态是在每个扫描周期的输入采样阶段接收到的由现场送来的输入信号的状态（“1”或“0”）。
由于S7-200的输入映像寄存器是以字节为单位的寄存器，CPU一般按“字节.位”的编址方式来读取一个继电器的状态，也可以按字节（8位）、或者按字（2个字节、16位）来读取相邻一组继电器的状态。
第3章S7-1200程序设计基础1
14:05
第3章 S7-1200 程序设计基础 创建用于自动化任务的用户程序时，需要将程序的指令插入代码块中：
3.4 程序结构
● 组织块 (OB) ● 功能块 (FB) ● 功能 (FC) ● 数据块（DB）用于存放执行用户程序时所需的变量数据的数据区。用户程 序中除了逻辑程序外，还需要对存储过程状态和信号信息的数据进行处理，数据是 以变量的形式存储，通过存储地址和数据类型来确定数据的唯一性。
三种运行模式
（掌握） （掌握） （理解）
2. 存储器及其寻址 3. 数据格式及数据类型
把握常见数据格式特点及所占空间
存储器代码，两种寻址方式，强制输入/输出，保持性
4. 编程方法 三种结构模式
（重点）
5. 程序结构
OB, FC, FB, 各自特点及区别
河南理工大学电气学院
（重点）
14:05
1
第3章 S7-1200 程序设计基础
3.1 CPU的工作模式
启动阶段结束后，进入 RUN 模式，CPU 执行下图所示的任务：
RUN ①将过程映像输出区(Q区)的值写到物理输出 ②将物理输入的状态复制到 I 存储器 ③执行程序循环 OB ④处理通信请求和进行自诊断 ⑤在扫描周期的任何阶段处理中断和通信
6
14:05
第3章 S7-1200 程序设计基础
32
32 64 321
04294967295
1.17549510-383.402823 1038 2.2250738585072020 10-308 1.7976931348623157 10308 T#-24d20h31m23s648ms T#24d20h31m23s648ms
工作存储器：易失性，集成在CPU中的高速存取的RAM。用于在执行用户
s7-200数据格式 Word 文档
PLC中存储器的数据类型与寻址方式一、数据在存储器中的存储方式1、数据格式及要求A〉数据格式：即指数据的长度和表示方式。
B〉要求：S7-200对数据的格式有一定的要求，指令与数据之间的格式一致才能正常工作。
2、用一位二进制数表示开关量A〉一位二进制数：一位二进制数有0（OFF）和1（ON）两种不同的取值，分别对应于开关量（或数字量）的两种不同的状态。
B〉位数据的数据类型：布尔（Bool）型。
C〉位地址：由存储器标识符、字节地址和位号组成，如I3.4等。
D〉其它CPU存储区的地址格式：由存储器标识符和起始字节号（一般取藕字节）组成，如V B 100、V W 100、V D 100等。
3、多位二进制数（8421码）A〉数及数制：数用于表示一个量的具体大小。
根据计数方式的不同，有十进制（D）、二进制（B）、十六进制（H）和八进制等不同的计数方式。
B〉二进制数的表示：在S7-200中用2#来表示二进制常数，例如“2# 10111010 ”。
C〉二进制数的大小：将二进制数的各位（从右往左第n位）乘以对应的位权（×2n-1），并将结果累加求和可得其大小。
例如：2# 10111010 =1×27+0×26+1×25+1×24+1×23+0×22+1×21+0×20 = 1864、十六进制数A〉十六进制数的引入：将二进制数从右往左每4位用一个十六进制数表示，可以实现对多位二进制数的快速准确的读写。
B〉不同进制数的表示方法：( 表3-2-1 不同进制数的表示方法) C〉十六进制数的表示：在S7-200中用16#来表示十六进制常数，例如“2# 1010 1110 0111 0101 可转换为16# AEF7 ”。
D〉十六进制数的大小：将十六进制数的各位（从右往左第n位）乘以对应的位权（×16n-1），并将结果累加求和可得其大小。
数据的7种寻址方式
第3章数据的7种寻址方式，包括指令的格式，功能，指令的正误判断。
20位物理地址的生成：将段地址添上一个0（十六进制），再加上偏移地址。
数据传送指令：MOV PUSH,POP,XCHG,LEA,IN,OUT1、MOV ,注意指令的正误判断，可从3点入手。
（1）指令格式（2）数据大小是否超出范围（3）类型是否匹配。
通常，不能在两个内存单元间直接传送，段寄存器间不能直接传送，立即数不能直接传送到段寄存器，不能用CS作目的操作数。
2、PUSH 入栈指令，先减后压。
不能对字节进行压栈操作。
3、POP 出栈指令，先弹后加，将栈顶的一个字弹出到目的操作数。
4、EXCHG 交换指令。
不能在两个内存单元间直接交换。
5、LEA 取有效地址指令。
6、IN 输入指令，当端口大于255时，要用DX来表示端口号。
7、OUT 输出指令，当端口大于255时，要用DX来表示端口号算术运算等指令1、ADD AL，[1000H]例：AL=85H，BL=79H，执行指令ADD AL，BLAL= 0FEH ，CF= 0 ，OF= 02、SUB AL，BL3、INC [1000H] ERRORINC BYTE PTR [1000H]INC WORD PTR [1000H]该指令不影响CF标志4、DEC [1000H] ERRORDEC BX5、NEG AL 求相反数例：Y=X，X>=0; Y=|X|,X<0,编写程序段实现该功能MOV AL，XCMP AL，0JGE Y1NEG ALY1：MOV Y，ALHLT编程序的思路：取数据，在CPU里做运算，存数据；如果数据较多，通常要设指针，再取数据，取完数据后，修改地址指针，又取下一个数据，循环下去。
6、CMP AL，BL无符号数，A表示大，B表示小，E表示相等。
有符号数，G表示大，L表示小，E表示相等。
例：CMP AX，BXJGE NEXTXCHG AX，BXNEXT： CMP AX，CXJGE DONEXCHG AX，CXDONE：该程序段的功能是找AX，BX，CX中最大的数，并把最大的数放在AX中。
08计算机原理5-1
在1MB范围寻址，8086CPU将1MB空间
（00000H～FFFFFH）空间分成许多逻辑段
（Segment）
每个段最大限制为64KB
段地址的低4位为0000B
段地址的高16位放在段寄存器：CS、
DS、SS、ES。P178
物理地址和逻辑地址
物理地址PA：CPU访存时使用。对应每个物
理存储单元唯一的20位编号。从00000H～
④
⑤
FLAGS
存放程序状态字PSW。用于反映程序和机器 运行的状态，控制程序执行的重要依据。
分为状态标志和控制标志。
15
12 11
10
9 IF
8 TF
7 SF
6 ZF
5
4 AF
3
2 PF
1
0 CF
OF DF
8086的标志寄存器
3、CPU的组成模型举例
ALU ALU PSWR PSWR AC AC CU CU ID ID IR IR
注意：指令对标志位（如进位、溢出等）的 影响。
（1）加法指令——ADD
格式：ADD 目的，源
功能：对两个字节或字操作数相加，将其结
果送到目的操作数地址。
影响标志：AF,CF,PF,OF,ZF,SF。
加法指令示例
ADD AX，BX ；AX←（AX）+（BX） ADD AL，40H ；AL←（AL）+40H ADD [BX+SI+64H]，AX
5.1.2
寻址方式
寻址方式：寻找操作数地址的方式。 分类：立即、 寄存器、 存储器、 外设方式。 本节用例： MOV
d1 ， d2
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变量 (V) 存储器区寻址
程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可以使用 V 存储器来保存与工序或任务相 关的其它数据。可以按位、字节、字或双字来存取 V 存储器。
格式：
位
V [字节地址].[位地址]
字节，字，双字 V [长度][起始字节地址]
V10.2 VW100
位存储器 (M) 区寻址
可以使用内部存储器标志位 (M) 作为控制继电器存储中间操作状态或其它的控制信息。 尽管名为“位存储器区”，表示按位存储，但不仅可以按位，也可以按字节、字或双字来 存取位存储器区。
格式：
AQW [起始字节地址]
AQW4
MSB
15
87
AQW10
字节 10
LSB 0
字节 11
最高有效字节
最低有效字节
AQ W 10
字节地址 访问一个字长度 区域标识（模拟量输出）
图 5-6 存取模拟量输出值
5-6
CPU 存储器的数据类型及寻址方式
累加器 (AC) 寻址
累加器是可象存储器那样使用的读／写设备。例如，可以用它来向子程序传递参 数，或 从 子 程 序 返 回 参 数 ， 以 及用来存储计算的中间值。 CPU 提供了 4 个 32位累加器 (AC0，AC1，AC2，AC3)。可以按字节、字或双字来存取累加器中的数值。如图 5-7 所 示，按字节、字来存取累加器只使用存于存储器中数据的低8位或低 16 位，以双字来存 取要使用全部 32 位。存取数据的长度由所用指令决定。
CPU 存储器的数据类型及寻址方式
5
本章述
S7-200 CPU 提供了存储器的特定区域，使控制数据的运行更快、更有效。
节
内
容
5.1 CPU 存储器区域的直接寻址 5.2 CPU 存储器区域的 SIMATIC 间接寻址 5.3 S7-200 CPU 的存储器保持 5.4 由用户程序来永久保存数据 5.5 使用存储器卡来保存用户程序
MSB 7
LSB 0
VB100
VB100
V B 100
字节地址 访问一个字节 区域标识(V=存储器)
最高有效字节
最低有效字节
MSB 15
87
LSB 0
VW100 VB100
VB101
V W 100
字节地址 访问一个字 区域标识(V=存储器)
最高有效字节
MSB
31
24
VD100 VB100
23
VB101
格式：
位
L [字节地址].[位地址] L0.0
字节，字，双字 L [长度] [起始字节地址] LB33
5-4
CPU 存储器的数据类型及寻址方式
定时器 (T) 存储器区寻址
S7-200 CPU 中，定时器是累计时间增量的设备。S7-200 定时器精度 (时基增量) 有 1ms，10ms，100ms 三种。有两个相关的变量：
格式：
C[计数器号]
C20
5-5
CPU 存储器的数据类型及寻址方式
C3
计数器号（位地址） 区域标识（计数器）
当前值
C0 C1 C2 C3
计数器位 （读/写）
C0 C1 C2
C3
I2.1
MOV_W
MSB
15
EN ENO
C3 IN OUT VW200
计数器号 （当前值地址）
区域标识（计数器）
当前值 （读/写）
数据大小
B (字节) : 8位值 W (字) : 16位值 D (双字) : 32位值
无符号整数
十进制
十六进制
0 to 255
0 to FF
0 to 65,535 0 to FFFF
0 to
0 to
4,294,967,295 FFFF FFFF
有符号整数
十进制
十六进制
-128 to 127
80 to 7F
局部存储器和变量存储器很相似，主要区别是变量存储器是全局有效的，而局部存储器是 局部有效的。全局是指同一个存储器可以被任何程序存取 (例如，主程序、子程序或中断 程序)。局部是指存储器区和特定的程序相关联。S7–200 PLC 给主程序分配 64 个局部 存储器；给每一级子程序嵌套分配 64个字节局部存储器；给中断程序分配 64 个字节。
z 当前值：16 位符号整数，存储定时器所累计的时间。
z 定时器位：定时器当前值大于预设值时，该位置为“1”。(预设值作为定时器指令的 一部分输入)
可以使用定时器地址 (T＋定时器号) 来存取这些变量。对定时器位或当前值的存取依赖 于所用的指令：带位操作数的指令存取定时器位，而带字操作数的指令存取当前值。如图 5-3 所示，常开节点 (T3) 指令存取定时器位，而 MOV_W 指令存取定时器的当前值。 关 于 S7-200 指 令 系 统 的 详 细 信 息 ， 请 参 阅 第 9 章 的 SIMATIC 指 令 和 第 十 章 的 IEC1131-3 指令。
格式:
位
I[字节地址].[位地址]
I0.1
字节，字，双字 I[长度][起始字节地址]
IB4
输出映象寄存器 (Q) 寻址
在扫描周期的结尾，CPU 将输出映象寄存器的数值复制到物理输出点上。可以按位、字 节、字或双字来存取输出映象寄存器。
格式：
位
Q [字节地址].[位地址] Q1.1
字节，字，双字 Q [长度][起始字节地址] QB5
z 计数器位：当计数器的当前值大于或等于预设值时，此位置为“1”。(预设值作为计 数器指令的一部分输入)
可以使用计数器地址 (C＋计数数号) 来存取这些变量。对计数器位或当前值的存取依赖 于所用的指令：带位操作数的指令存取计数器位，而带字操作数的指令存取当前值。如图 5-4 所示，常开接点 (C3) 指令存取计数器位，而 MOV-W 指令存取计数器的当前值。 关于 S7-200 指令系统的详细信息，请参阅第9章 SIMATIC 指令和第十章的 IEC1131-3 指令。
MSB = 最高有效位 LSB = 最低有效位
16 15
VB102
最低有效字节
LSB
87
0
VB103
V D 100
字节地址
访问一个双字 区域标识(V=存储器)
图 5-2 字节、字和双字对同一地址存取操作的比较
5-2
CPU 存储器的数据类型及寻址方式
数值表示
表 5-1 给出了不同长度的数值所能表示的整数范围。
局部存储器在分配时 PLC 不进行初始化，初值可能是任意的。当在子程序调用中传递参 数时，在被调用子程序的局部存储器中，由 CPU 代替被传递的参数的值。局部存储器在 参数传递过程中不接收值，在分配时不被初始化，也没有任何值。
可以按位、字节、字或双字访问局部存储器。可以把局部存储器作为间接寻址的指针，但 是不能作为间接寻址的存储器区。
格式：
AIW [起始字节地址]
AIW4
MSB 15
AIW8
字节8
最高有效字节
LSB
87
0
字节 9
最低有效字节
AI W 8
字节地址
访问一个字长度 区域标识（模拟量输入）
图 5-5 存取模拟量输入值
模拟量输出 (AQ) 寻址
S7-200 把1个字长 (16位) 数字值按比例转换为电流或电压。可以用区域标识符 (AQ) 、 数据长度 (W) 及起始字节地址来置这些值。如图 5-6 所示，因为模拟输出量为一个字 长，且从偶数字节 (如 0.2，4) 开始，必须使用偶数字节地址 (如 AQW0，AQW2， AQW4) 来设置这些值。用户程序无法读取这个模拟输出值。
格式:
T [定时器号]
T24
T3
定时器号（位地址） 区域标识（定时器）
当前值
定时器位（读/写）
T0
T0
T1
T1
T2
T2
T3
T3
I2
MSB
MOV W
15
1
EN
T3 IN OUT VW200
定时器号 （当前值地址）
区域标识(定时器)
图 5-3 存取 SIMATIC 定时器数据
定时器当前值（读/写） LSB
实 数 ( 或 浮 点 数) 采 用 32 位单 精度数 来表示 ，其格 式是正 数：+1.175495E-38 到 +3.402823E+38；负数：-1.175495E-38 到 -3.402823E+38。按照ANSI/IEEE 754 1985 标准格式，以双字长度来存取。
表 5-1 数据大小规定及相关整数范围
C0 C1 C2
C3
LSB0计数器位 C0 C1 C2 C3
图 5-4 存取计数器数据
模拟量输入 (AI) 寻址
S7-200 将现实世界的模拟值 (如温度或电压) 转换成1个字长 (16 位) 的数字量。可以用 区域标识符 (AI) 、数据长度 (W)，及字节的起始地址来存取这些值。如图 5-5 所示，因 为模拟输入量为 1 个字长，且从偶数位字节 (如0.2，4) 开始，所以必须用偶数字节地址 (如 AIW0，AIW2，AIW4) 来存取这些值。模拟量输入值为只读数据。
. I 3 . 4
字节的位，或位号：(0-7) 字节与位地址之间的间隔
字节地址：字节（3=第4 个字节） 区域标识(I=输入)
MSB = 最高位 LSB = 最低位
MSB
LSB
7 6543 210 I0
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I7
I8
I9
I 10
I 11
I 12 I 13
I 14