【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 息總是以各種形式在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不停地傳送，采用什么形式進(jìn)行傳送，由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所決定，同時(shí)也影響到系統(tǒng)的工作速度和成本。數(shù)據(jù)傳送可有三種形式。1）傳送方式（1）串行傳送方式把組成一個(gè)數(shù)據(jù)的各位數(shù)碼通過(guò)一條路徑按先后次序逐位進(jìn)行傳送，稱為串行傳送方式。由于串行傳送只要一條傳送路徑，所以串行傳送節(jié)省傳送線路，特別是當(dāng)位數(shù)很多和長(zhǎng)距離傳送時(shí)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)就更為突出。但是串行傳送的速度慢，若并行傳送所需的時(shí)間為T(mén)，則串行傳送的時(shí)間至少為NT（N為數(shù)據(jù)的位數(shù)）。（2）并行傳送方式把組成一個(gè)數(shù)據(jù)的各位數(shù)碼通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的路徑同時(shí)進(jìn)行傳送，稱為并行傳送方式。由于并行傳送方式是把組成一個(gè)數(shù)據(jù)的各位數(shù)碼作為一個(gè)整體同時(shí)進(jìn)行傳送，所以傳送速度大大高于串行傳送。由于在并行傳送中，每一個(gè)數(shù)碼都需要一條傳送路徑，所以成本大大高于串行傳送方式。（3）串并行傳送方式圖2 1三種數(shù)據(jù)傳送方式如果計(jì)算機(jī)一次只能傳送n位數(shù)據(jù)，而信息的位數(shù)多于n位（n的整數(shù)倍），這時(shí)可采用串并行傳送的方式進(jìn)行傳送，即每次傳送n位，通過(guò)若干次完成整個(gè)數(shù)據(jù)的傳送。字節(jié)傳送即為串并行傳送。2)校驗(yàn)碼在信息沿著數(shù)據(jù)通路從一個(gè)部件傳送到另一個(gè)部件時(shí)，由于某些干擾或電路的故障會(huì)使所傳送的信息發(fā)生錯(cuò)誤。為了保證信息傳送的可靠性，在接收端必需能夠判斷出所接收的信息是否正確，甚至能夠指出錯(cuò)誤的位置。要實(shí)現(xiàn)信息傳送正確性的判斷，僅靠所傳送信息本身不能實(shí)現(xiàn)，必須給信息增加附加位，使其具有某種特征，增加的附加位稱為校驗(yàn)位。將有效信息位與校驗(yàn)位按一定的規(guī)律編碼，所得到的代碼稱為校驗(yàn)碼。校驗(yàn)碼可分為檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼：檢錯(cuò)碼只能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不能確定錯(cuò)誤的位置；糾錯(cuò)碼不僅能夠發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，還能對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行定位，進(jìn)而糾正錯(cuò)誤。校驗(yàn)的方法是：發(fā)送端將校驗(yàn)位與有效信息位一起傳送，在接受端按編碼規(guī)律進(jìn)行校驗(yàn)以判斷是否發(fā)生錯(cuò)誤。常用的校驗(yàn)碼有奇偶校驗(yàn)碼、海明碼、循環(huán)校驗(yàn)碼等。這里只介紹奇偶校驗(yàn)碼。奇偶校驗(yàn)碼是最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最廣泛的校驗(yàn)方法，它屬于一種檢錯(cuò)碼，只能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不能對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行定位，并且不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)位錯(cuò)誤。編碼的規(guī)律是給有效信息增加一位校驗(yàn)位，構(gòu)成奇偶校驗(yàn)碼，并且使整個(gè)代碼中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。如果“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)位，則為奇校驗(yàn)；如果“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)位，則為偶校驗(yàn)。設(shè)二進(jìn)制位B= bn1bn2…b1b0，校驗(yàn)位為P，奇偶校驗(yàn)碼為P Pbn1bn2…b1b0。若為奇校驗(yàn)，則應(yīng)通過(guò)選取P的值使Pbn1bn2…b1b0中的1的個(gè)數(shù)湊成奇數(shù)，若為偶校驗(yàn)，則應(yīng)使Pbn1bn2…b1b0中1的個(gè)數(shù)湊成偶數(shù)。當(dāng)為奇校驗(yàn)時(shí)，接收端對(duì)接收到的代碼進(jìn)行檢測(cè)，如果其中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則認(rèn)為收到的代碼是正確的，否則認(rèn)為代碼出錯(cuò)。偶校驗(yàn)的校驗(yàn)方法與奇校驗(yàn)類似。1）微型計(jì)算機(jī)的基本組成計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)的所有物理部件的集合。這些部件通常由半導(dǎo)體、磁性、光和機(jī)械等物理部件組成，它們是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中看得見(jiàn)、摸得著的部分。當(dāng)我們使用計(jì)算機(jī)解決一個(gè)問(wèn)題時(shí)，只需運(yùn)行相應(yīng)的程序，計(jì)算機(jī)就能在沒(méi)有人干預(yù)的情況下自動(dòng)地完成這項(xiàng)工作。計(jì)算機(jī)為什么能夠自動(dòng)工作，它是由哪些功能部件所組成的？ 下面以人工完成一個(gè)算式的計(jì)算過(guò)程為例分析計(jì)算機(jī)的組成。算式如下：158+10020247。10254人工完成該算式的計(jì)算，需要有一個(gè)算盤(pán)作為計(jì)算工具，一張紙和一支筆記錄算式、原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果，整個(gè)計(jì)算過(guò)程都需要在人的大腦的指揮下進(jìn)行。開(kāi)始計(jì)算之前先把包括原始數(shù)據(jù)和計(jì)算步驟的算式記錄在紙上，然后按下面的步驟進(jìn)行計(jì)算：計(jì)算 10020記錄中間結(jié)果2000計(jì)算2000247。10記錄中間結(jié)果200計(jì)算158+200記錄中間結(jié)果358計(jì)算358254記錄最終結(jié)果104在上面的計(jì)算過(guò)程中，大腦起指揮作用。人腦對(duì)每一個(gè)運(yùn)算步驟進(jìn)行分析，指揮運(yùn)算過(guò)程的進(jìn)行；算盤(pán)完成各種運(yùn)算；紙和筆完成記錄運(yùn)算步驟、中間結(jié)果和最終結(jié)果。如果上述計(jì)算過(guò)程由計(jì)算機(jī)完成，首先要求在計(jì)算機(jī)中有一個(gè)代替人的大腦的部件，它能夠?qū)γ恳粋€(gè)操作步驟進(jìn)行分析，進(jìn)而產(chǎn)生完成操作所需要的所有控制信息，利用這些控制信息指揮計(jì)算機(jī)中的所有的部件協(xié)調(diào)一致地工作，共同完成一項(xiàng)工作，這個(gè)部件稱為控制器。其次，計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)是完成計(jì)算，所以在計(jì)算機(jī)中需要有一個(gè)能代替算盤(pán)完成各種運(yùn)算的部件，這個(gè)部件稱為運(yùn)算器。另外，還應(yīng)該有一個(gè)能替代紙和筆的部件，用于記錄運(yùn)算步驟、中間結(jié)果和最終結(jié)果，這個(gè)部件稱為存儲(chǔ)器。除了以上三個(gè)部分以外，計(jì)算機(jī)在工作過(guò)程中還要與外部進(jìn)行信息的交換，即參與運(yùn)算的原始數(shù)據(jù)需要從外部輸入計(jì)算機(jī)中，而計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后的結(jié)果需要輸出。完成數(shù)據(jù)輸入和運(yùn)算結(jié)果輸出的部件稱為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。由以上分析可知，計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)由控制器、 運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部分組成（見(jiàn)圖22）。其中控制器和運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的核心，制作時(shí)這兩部分集成在一塊集成電路芯片上，所以把控制器和運(yùn)算器稱為CPU（Central Processing Unit）。根據(jù)與CPU之間的關(guān)系，存儲(chǔ)器可以分為內(nèi)存和外存，內(nèi)存可以直接與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而外存只能通過(guò)內(nèi)存與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。內(nèi)存又稱為主存，外存又稱為輔存。把CPU與內(nèi)存看成一個(gè)整體稱為計(jì)算機(jī)的主機(jī)。圖2 2 計(jì)算機(jī)硬件組成原理圖中的雙股線表示數(shù)據(jù)信息，用于各部分之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳送，細(xì)線表示控制信息，用于控制器向系統(tǒng)的各部分發(fā)送控制信息。以上分析過(guò)程提出了計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成，但是如果讓計(jì)算機(jī)能自動(dòng)地工作，只有硬件部分是不夠的，還需要有相應(yīng)的軟件。軟件的主要組成是在硬件基礎(chǔ)上運(yùn)行的各種程序。為了說(shuō)明程序的執(zhí)行過(guò)程，首先介紹幾個(gè)有關(guān)的概念。指令——確定計(jì)算機(jī)操作性質(zhì)的命令稱為指令。一條指令由操作碼和地址碼兩部分組成，操作碼部分給出操作的性質(zhì)，地址碼部分給出被操作對(duì)象（操作數(shù)）存放在什么地方。指令系統(tǒng)——計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行的所有的指令稱為計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。一種計(jì)算機(jī)具有多少條指令，能進(jìn)行多少種操作，是在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)時(shí)確定的。因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能識(shí)別二進(jìn)制數(shù)，所以計(jì)算機(jī)的指令都必須用二進(jìn)制數(shù)的形式表示，例如在MCS51單片機(jī)中累加器清0的指令為11100100B（十六進(jìn)制的表示形式為E4H）。用二進(jìn)制形式表示的指令稱為機(jī)器指令或機(jī)器碼。程序——指令的有序集合稱為程序。計(jì)算機(jī)語(yǔ)言——人與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流的工具稱為計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。計(jì)算機(jī)能夠直接識(shí)別的語(yǔ)言是二進(jìn)制代碼表示的語(yǔ)言，即機(jī)器語(yǔ)言。在計(jì)算機(jī)應(yīng)用的初期，使用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)程序。機(jī)器碼是用一串0和1組成的，不容易記憶，用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)程序時(shí)非常麻煩，調(diào)試?yán)щy，容易出錯(cuò)，且出錯(cuò)時(shí)不易檢查。為了減少程序設(shè)計(jì)和調(diào)試的復(fù)雜程度，人們用一些英文單詞的縮寫(xiě)作為符號(hào)，代替機(jī)器指令，如把累加器清零的指令寫(xiě)成CLR A，這種用符號(hào)表示的語(yǔ)言稱為匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言與機(jī)器語(yǔ)言相比，指令容易理解和記憶，不容易出錯(cuò)，程序編寫(xiě)、調(diào)試、修改的工作量大大降低，與機(jī)器語(yǔ)言相比是一個(gè)很大的進(jìn)步。用匯編語(yǔ)言所編寫(xiě)的程序稱為源程序，源程序不能在計(jì)算機(jī)中直接執(zhí)行，必須通過(guò)匯編程序把源程序匯編成機(jī)器語(yǔ)言才能夠在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行，機(jī)器語(yǔ)言程序又稱為目標(biāo)程序。匯編與匯編程序——把用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序的過(guò)程稱為匯編，完成匯編的程序稱為匯編程序。假設(shè)有兩個(gè)數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器中，把這兩個(gè)數(shù)相加并把運(yùn)算結(jié)果存放在存儲(chǔ)器中，需要由下面幾個(gè)步驟組成：第一步：把第一個(gè)數(shù)從它所在的存儲(chǔ)單元中取出來(lái)，送至運(yùn)算器；第二步：把第二個(gè)數(shù)從他所在的存儲(chǔ)單元中取出來(lái)，送至運(yùn)算器；第三步：相加；第四步：把運(yùn)算結(jié)果送到存儲(chǔ)器中保存。以上運(yùn)算過(guò)程中的每一步都由相應(yīng)的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)，把每一條指令按運(yùn)算步驟的順序?qū)懗鰜?lái)，就構(gòu)成了一段程序，把程序存放在存儲(chǔ)器中。計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序時(shí)，從存儲(chǔ)器中一條一條地取出來(lái)并加以執(zhí)行，就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)算工作。2）內(nèi)存的基本組成存儲(chǔ)器是具有記憶功能的設(shè)備，可以存放用二進(jìn)制的形式表示的程序和數(shù)據(jù)，它在計(jì)算機(jī)中具有十分重要的地位。計(jì)算機(jī)之所以能夠脫離人的干預(yù)而高速、自動(dòng)地工作，其中一個(gè)必要條件是在計(jì)算機(jī)中具有一個(gè)能夠存放程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。（1）存儲(chǔ)器的分類 根據(jù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)介質(zhì)和使用方法不同，對(duì)存儲(chǔ)器有不同的分類方法。常用的分類方法有以下幾種：用來(lái)制作存儲(chǔ)器的物質(zhì)稱為存儲(chǔ)介質(zhì)。根據(jù)目前常用的存儲(chǔ)介質(zhì)可以把存儲(chǔ)器分為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁存儲(chǔ)器和光存儲(chǔ)器三種?！冒雽?dǎo)體元件組成的存儲(chǔ)器稱為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分為RAM和ROM兩種?！么判圆牧辖M成的存儲(chǔ)器稱為磁存儲(chǔ)器，主要包括磁芯存儲(chǔ)器、磁盤(pán)存儲(chǔ)器和磁帶存儲(chǔ)器。后兩者由于是將磁材料涂在金屬或塑料表面制成，一般也稱為磁表面存儲(chǔ)器?！霉鈱W(xué)原理制成的存儲(chǔ)器稱為光存儲(chǔ)器，目前光盤(pán)存儲(chǔ)器的使用越來(lái)越普及b． 按存取方式分類按照存儲(chǔ)器的不同工作方式可以將存儲(chǔ)器分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM（Random Access Memory）、只讀存儲(chǔ)器ROM（Read Only Memory）、順序存取存儲(chǔ)器SAM（Sequential Access Memory）和直接存取存儲(chǔ)器DAM（Direct Access Memory）。若在程序運(yùn)行的過(guò)程中存儲(chǔ)器任何存儲(chǔ)單元的內(nèi)容都能被隨機(jī)存取，而且存取時(shí)間與存儲(chǔ)單元的物理位置無(wú)關(guān)，則稱它們?yōu)殡S機(jī)存取存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱RAM。RAM用于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，其特點(diǎn)是存取速度快。RAM可以分為動(dòng)態(tài)RAM和靜態(tài)RAM兩種。動(dòng)態(tài)RAM中存儲(chǔ)的信息經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì)自動(dòng)消失（一般為2ms），在使用時(shí)需在2ms之內(nèi)對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行恢復(fù)，這一過(guò)程稱為刷新。靜態(tài)RAM中所存儲(chǔ)的信息在電源正常時(shí)不會(huì)丟失若在程序的運(yùn)行過(guò)程中存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容只能取出不能存入，則稱它們?yōu)橹蛔x存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱ROM。ROM用于存放固定不變的系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)。ROM可分為掩膜ROM、PROM、EPROM、E2PROM四種。 掩膜ROM由生產(chǎn)廠家在制作時(shí)將程序和數(shù)據(jù)寫(xiě)入，用戶只能使用不能對(duì)其進(jìn)行修改。為了使用戶能根據(jù)自己的需要把程序和數(shù)據(jù)寫(xiě)入只讀存儲(chǔ)器，制作了一種可編程的只讀存儲(chǔ)器PROM（Programmable ROM）,它允許用戶把程序和數(shù)據(jù)寫(xiě)入到PROM，但只允許寫(xiě)入一次。由于在軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，程序需反復(fù)調(diào)試修改后才能投入應(yīng)用 ，所以用戶希望ROM不僅能夠由自己寫(xiě)入，而且能夠擦除后重寫(xiě)，這就出現(xiàn)了EPROM（Erasable PROM）。EPROM芯片上有一個(gè)有機(jī)玻璃窗口，利用紫外線擦除器對(duì)窗口進(jìn)行照射，可以將EPROM中存儲(chǔ)的內(nèi)容擦除，然后便可以重新寫(xiě)入。EPROM芯片上平時(shí)必須用不透明的膠紙擋住石英窗口，以防自然光中的紫外線進(jìn)入造成信息丟失。EPROM在程序調(diào)試的過(guò)程中得到了廣泛的使用，但EPROM的寫(xiě)入速度較慢，而且需要一些特殊條件。目前另一種常用的只讀存儲(chǔ)器是電擦除只讀存儲(chǔ)器E2PROM（Electrocally Erasable Programmable Read Only Memory）:在改寫(xiě)程序時(shí)，不必脫機(jī)用紫外線照射，用5V電壓就可以進(jìn)行電改寫(xiě)，每個(gè)存儲(chǔ)單元可重復(fù)使用1萬(wàn)次；程序運(yùn)行時(shí)，讀寫(xiě)速度快，可以代替RAM使用；斷電時(shí)信息可以長(zhǎng)期保存，從而彌補(bǔ)了EPROM的