微机原理复习资料

第一章计算机系统概论

计算机的概念

计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。

三种语言

机器语言或称二进制代码语言，计算机可以直接识别并运行，不需要进行任何翻译。每台机器指令其格式和代码所代表的含义是硬性规定的，故称之为面向机器的语言。机器语言对不同的计算机来说一般是不同的。

汇编语言是用助记符表示指令功能的语言。是符号化了的机器语言。它用符号代替二进制码表示操作码和地址码。可以直接用十进制编写，汇编程序能自动处理存储分配。汇编语言源程序需经过汇编程序翻译成机器语言才能被执行。但汇编语言还是一种面向机器的语言。

高级语言是面向用户的语言。它是一种与具体的计算机指令系统无关的、表达方式接近人们对求结果成活问题的描述方式、且易于掌握和书写的语言。用高级语言编写的程序叫高级语言源程序，必须翻译成机器语言目标程序才能被计算机执行。

指令

一条指令通常由操作码和地址码组成：

操作码规定该指令执行什么样的运算（或操作）；

地址码规定对哪些数据进行运算，通常表示的是数据的地址。

指令也可以只有操作码。

硬件及相关功能

中央处理器又叫CPU，包括运算器和控制器。运算器是对信息或数据进行处理和运算的部件，经常进行的是算术运算和逻辑运算。控制器主要用来实现计算机本身运行过程的自动化，即实现程序的制动执行。

存储器用来存放程序和数据，是计算机各种信息的存储和交流中心。当前计算机运行的程序和数据是存放在主存中的。

输入设备用来输入原始数据和处理这些数据的程序。

输出设备用来输出计算机的处理结果，可以是数字、字母、表格、图形等。

目前常见的输入输出信号还有图像、影视和语音等。

各部件之间通过总线传送信号，将它们联系在一起。

三种信号

计算机各部件间传送的信号分成三种类型，即地址信号、数据信号和控制信号。这些信号通常通过总线传送。CPU发出的控制信号经控制总线送到存储器和输入输出设备，控制这些部件完成指定的操作。与此同时，CPU（或其他设备）经地址总线向存储器或输入输出设备发送地址，使得计算机各个部件中的数据能根据需要经数据总线互相传送。（三种信号又先后，不可同时出现）

操作系统的主要作用

管理系统资源，这些资源包括软件资源和硬件资源。

计算机发展简史

第一代电子管作为基本器件

第二代晶体管作为主要器件

第三代集成电路作为基本器件

第四代超大规模集成电路作为基本器件

计算机的应用

1.科学计算

天文学、量子化学、空气动力学和核物理学等领域；导弹的发射及飞行轨道的计算和控制、先进防空系统、雷达、地面设施、海上装备等；现代航空航天技术。

2.数据处理

银行系统；财会统计与经营管理；信息系统（采用数据库管理系统）。

3.计算机控制

生产过程自动控制

4.计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CMD）

飞机、船舶、光学仪器、超大规模集成电路等的设计制造；

5．人工智能

知识表示、自动退里和搜索方法、机器学习和知识获取、知识处理系统、自然语言理解、计算机视觉和智能机器人等。

6.嵌入式应用

嵌入到医疗仪器中协助医生进行治疗控制和结果分析；使用在PDA（个人数据助理）和手机中实现计算与通信相结合应用；嵌入到家用电器中实现微处理器控制；嵌入到IC卡中成为银行卡、电子钱包、电子车票或身份证；作为电子标签来鉴定商品、管理物流。

掌握课后习题1.1和1.2。

第二章计算机的逻辑部件

组合逻辑电路

电路输出状态仅和当时的输入状态有关而与过去的输入状态无关的电路。

属于组合逻辑电路的器件有：加法器、算术逻辑单元、译码器、数据选择器，特点是无记忆能力。

时序逻辑电路

电路输出状态不但和当时的输入状态有关，而且还与此前的输入状态有关的电路。

电位触发方式：当触发器的同步控制信号E为约定电平(0或1)时，触发器接收输入数据，此时输入数据D的任何变化都会在输出端Q得到反映；当E为非约定电平时，触发器状态保持不变（见P36图2.23）。即当控制信号为约定电平时，数据到来时就会立即被接收。

边沿触发方式：触发器只在约定控制信号CP跳变来到时，数据才被接收。

属于时序逻辑电路的器件有：寄存器和移位寄存器、计数器。

ROM

ROM可编程阵列逻辑中，“或”阵列可编写，“与”阵列不可编写。

第三章运算方法和运算部件

数制间转换

带符号的二进制表示

原码最高位为符号位，0表示正数，1表示负数，数值紧随其后，以绝对值形式给出。

反码正整数的反码就是其自身，而负整数的反码是其绝对值求反来求得。在反码表示法中，符号位仍然是0表示正号，1表示负号。

补码正数为其原码，负数最高位不变，其余位取反后加1。

只有补码能唯一表示0；

定点数和浮点数

定点数是指小数点固定在某个位置上的数据。定点小数是吧小数点固定在数据数值部分的左边，符号位的右边；定点整数是把小数点固定在数据数值部分的右边。

浮点数是指小数点位置可浮动的数据。（见P79~80）

第四章主存储器

主存在计算机中的地位及原因

主存在计算机中处于中心地位，原因是：

1.当前计算机正在执行的程序和数据(除了暂存与CPU寄存器以外的所有原始数据、中间结果和最后结果)均存放在存储器中。CPU直接从存储器取指令或存取数据。

2.计算机系统中输入输出设备数量增多，数据传送速度加快，因此采用了直接存储器存取（DMA）技术和输入输出通道技术，在存储器与输入输出系统之间直接传送数据。

3.共享存储器的多处理机的出现，利用存储器存放共享数据，并实现处理机之间的通信，更加强了存储器作为计算机中心的作用。

主存的类型

随机存储器（RAM）通过指令可以随机地个别地对各个存储单元进行访问（读写）的存储

器。

只读存储器（ROM）对其内容只能读取不能写入的存储器，在制造芯片是预先写入内容。可编程只读存储器（PROM）一次性写入的存储器，写入后只能读取其内容，不能再进行修

改。

可擦除可编程只读存储器（EPROM）可用紫外线擦除其内容的PROM，擦出后可再次写入。可用电擦除的可编程只读存储器（EEPROM）可用电改写其内容的存储器，快擦型存储器

（flash）具有这种特性。

主存的主要技术指标

容量

存取时间(访问时间)：启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。

存储周期时间：连续启动两次独立的存储操作（如连续两次读操作）所需间隔的最小时间。掌握课后习题4.5（1）和4.6。

第五章指令系统

指令格式

1.零地址指令只有操作码而没有操作数或操作数地址。（无需操作数或操作数是默认的）

2.一地址指令指令中只给出一个地址，该地址既是操作数地址又是操作结果的存储地址。

3.二地址指令两个地址指出两个源操作数地址，其中一个还是存放结果的目的地址。

4.三地址指令三地址中两个为源操作数地址，另一个为存放结果的目的地址。

5.多地址指令为描述一批数据，指令中需要多个地址来指出数据存放的首地址、长度和

下标等信息。

零地址、一地址和两地址指令具有指令短、执行速度快、硬件实现简单等特点，适合结构简单、子长较短的小型、微型机所采用；三地址和多地址指令具有功能强、便于编程等特点，多为字长较长的大、巨型机所采用。

指令长度与字长的关系

指令长度与机器字长没有固定的关系，它既可以小于或等于机器字长，也可以大于机器字长。前者称为短格式指令，后者称为长格式指令，一条指令存放在地址连续的存储单元中。

寻址方式

直接寻址指令的地址码部分给出操作数在存储器的地址。

寄存器寻址指令的地址码部分给出某一通用寄存器地址，而且所需的操作数就在次寄存器中。

基址寻址操作数的地址有基址寄存器的内容和指令的地址码相加得到。

变址寻址指令地址码部分给出的地址和制定的变址寄存器的内容通过加法器相加，所得的和作为地址从存储器中读出所需的操作数。