【文章內(nèi)容簡介】 息總是以各種形式在計算機系統(tǒng)中不停地傳送，采用什么形式進行傳送，由系統(tǒng)的結構所決定，同時也影響到系統(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數(shù)據(jù)的各位數(shù)碼通過一條路徑按先后次序逐位進行傳送，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，特別是當位數(shù)很多和長距離傳送時，這個優(yōu)點就更為突出。但是串行傳送的速度慢，若并行傳送所需的時間為T，則串行傳送的時間至少為NT（N為數(shù)據(jù)的位數(shù)）。（2）并行傳送方式把組成一個數(shù)據(jù)的各位數(shù)碼通過各自對應的路徑同時進行傳送，稱為并行傳送方式。由于并行傳送方式是把組成一個數(shù)據(jù)的各位數(shù)碼作為一個整體同時進行傳送，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)傳送方式如果計算機一次只能傳送n位數(shù)據(jù)，而信息的位數(shù)多于n位（n的整數(shù)倍），這時可采用串并行傳送的方式進行傳送，即每次傳送n位，通過若干次完成整個數(shù)據(jù)的傳送。字節(jié)傳送即為串并行傳送。2)校驗碼在信息沿著數(shù)據(jù)通路從一個部件傳送到另一個部件時，由于某些干擾或電路的故障會使所傳送的信息發(fā)生錯誤。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，甚至能夠指出錯誤的位置。要實現(xiàn)信息傳送正確性的判斷，僅靠所傳送信息本身不能實現(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位。將有效信息位與校驗位按一定的規(guī)律編碼，所得到的代碼稱為校驗碼。校驗碼可分為檢錯碼和糾錯碼：檢錯碼只能發(fā)現(xiàn)錯誤，不能確定錯誤的位置；糾錯碼不僅能夠發(fā)現(xiàn)錯誤，還能對錯誤進行定位，進而糾正錯誤。校驗的方法是：發(fā)送端將校驗位與有效信息位一起傳送，在接受端按編碼規(guī)律進行校驗以判斷是否發(fā)生錯誤。常用的校驗碼有奇偶校驗碼、海明碼、循環(huán)校驗碼等。這里只介紹奇偶校驗碼。奇偶校驗碼是最簡單、應用最廣泛的校驗方法，它屬于一種檢錯碼，只能發(fā)現(xiàn)錯誤，不能對錯誤進行定位，并且不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)位錯誤。編碼的規(guī)律是給有效信息增加一位校驗位，構成奇偶校驗碼，并且使整個代碼中“1”的個數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。如果“1”的個數(shù)為奇數(shù)位，則為奇校驗；如果“1”的個數(shù)為偶數(shù)位，則為偶校驗。設二進制位B= bn1bn2…b1b0，校驗位為P，奇偶校驗碼為P Pbn1bn2…b1b0。若為奇校驗，則應通過選取P的值使Pbn1bn2…b1b0中的1的個數(shù)湊成奇數(shù)，若為偶校驗，則應使Pbn1bn2…b1b0中1的個數(shù)湊成偶數(shù)。當為奇校驗時，接收端對接收到的代碼進行檢測，如果其中1的個數(shù)為奇數(shù)，則認為收到的代碼是正確的，否則認為代碼出錯。偶校驗的校驗方法與奇校驗類似。1）微型計算機的基本組成計算機的硬件系統(tǒng)是指構成計算機的所有物理部件的集合。這些部件通常由半導體、磁性、光和機械等物理部件組成，它們是計算機系統(tǒng)中看得見、摸得著的部分。當我們使用計算機解決一個問題時，只需運行相應的程序，計算機就能在沒有人干預的情況下自動地完成這項工作。計算機為什么能夠自動工作，它是由哪些功能部件所組成的？ 下面以人工完成一個算式的計算過程為例分析計算機的組成。算式如下：158+10020247。10254人工完成該算式的計算，需要有一個算盤作為計算工具，一張紙和一支筆記錄算式、原始數(shù)據(jù)、中間結果和最終結果，整個計算過程都需要在人的大腦的指揮下進行。開始計算之前先把包括原始數(shù)據(jù)和計算步驟的算式記錄在紙上，然后按下面的步驟進行計算：計算 10020記錄中間結果2000計算2000247。10記錄中間結果200計算158+200記錄中間結果358計算358254記錄最終結果104在上面的計算過程中，大腦起指揮作用。人腦對每一個運算步驟進行分析，指揮運算過程的進行；算盤完成各種運算；紙和筆完成記錄運算步驟、中間結果和最終結果。如果上述計算過程由計算機完成，首先要求在計算機中有一個代替人的大腦的部件，它能夠對每一個操作步驟進行分析，進而產(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算機中的所有的部件協(xié)調(diào)一致地工作，共同完成一項工作，這個部件稱為控制器。其次，計算機的主要任務是完成計算，所以在計算機中需要有一個能代替算盤完成各種運算的部件，這個部件稱為運算器。另外，還應該有一個能替代紙和筆的部件，用于記錄運算步驟、中間結果和最終結果，這個部件稱為存儲器。除了以上三個部分以外，計算機在工作過程中還要與外部進行信息的交換，即參與運算的原始數(shù)據(jù)需要從外部輸入計算機中，而計算機對數(shù)據(jù)進行處理后的結果需要輸出。完成數(shù)據(jù)輸入和運算結果輸出的部件稱為輸入設備和輸出設備。由以上分析可知，計算機的硬件系統(tǒng)由控制器、 運算器、存儲器、輸入設備、輸出設備五大部分組成（見圖22）。其中控制器和運算器是計算機硬件系統(tǒng)的核心，制作時這兩部分集成在一塊集成電路芯片上，所以把控制器和運算器稱為CPU（Central Processing Unit）。根據(jù)與CPU之間的關系，存儲器可以分為內(nèi)存和外存，內(nèi)存可以直接與CPU進行數(shù)據(jù)交換，而外存只能通過內(nèi)存與CPU進行數(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)存看成一個整體稱為計算機的主機。圖2 2 計算機硬件組成原理圖中的雙股線表示數(shù)據(jù)信息，用于各部分之間進行數(shù)據(jù)信息的傳送，細線表示控制信息，用于控制器向系統(tǒng)的各部分發(fā)送控制信息。以上分析過程提出了計算機硬件系統(tǒng)的組成，但是如果讓計算機能自動地工作，只有硬件部分是不夠的，還需要有相應的軟件。軟件的主要組成是在硬件基礎上運行的各種程序。為了說明程序的執(zhí)行過程，首先介紹幾個有關的概念。指令——確定計算機操作性質(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象（操作數(shù)）存放在什么地方。指令系統(tǒng)——計算機能夠執(zhí)行的所有的指令稱為計算機的指令系統(tǒng)。一種計算機具有多少條指令，能進行多少種操作，是在設計計算機時確定的。因為計算機只能識別二進制數(shù)，所以計算機的指令都必須用二進制數(shù)的形式表示，例如在MCS51單片機中累加器清0的指令為11100100B（十六進制的表示形式為E4H）。用二進制形式表示的指令稱為機器指令或機器碼。程序——指令的有序集合稱為程序。計算機語言——人與計算機進行交流的工具稱為計算機語言。計算機能夠直接識別的語言是二進制代碼表示的語言，即機器語言。在計算機應用的初期，使用機器語言編寫程序。機器碼是用一串0和1組成的，不容易記憶，用機器語言編寫程序時非常麻煩，調(diào)試困難，容易出錯，且出錯時不易檢查。為了減少程序設計和調(diào)試的復雜程度，人們用一些英文單詞的縮寫作為符號，代替機器指令，如把累加器清零的指令寫成CLR A，這種用符號表示的語言稱為匯編語言。匯編語言與機器語言相比，指令容易理解和記憶，不容易出錯，程序編寫、調(diào)試、修改的工作量大大降低，與機器語言相比是一個很大的進步。用匯編語言所編寫的程序稱為源程序，源程序不能在計算機中直接執(zhí)行，必須通過匯編程序把源程序匯編成機器語言才能夠在計算機中執(zhí)行，機器語言程序又稱為目標程序。匯編與匯編程序——把用匯編語言編寫的源程序翻譯成機器語言程序的過程稱為匯編，完成匯編的程序稱為匯編程序。假設有兩個數(shù)據(jù)存放在存儲器中，把這兩個數(shù)相加并把運算結果存放在存儲器中，需要由下面幾個步驟組成：第一步：把第一個數(shù)從它所在的存儲單元中取出來，送至運算器；第二步：把第二個數(shù)從他所在的存儲單元中取出來，送至運算器；第三步：相加；第四步：把運算結果送到存儲器中保存。以上運算過程中的每一步都由相應的指令來實現(xiàn)，把每一條指令按運算步驟的順序寫出來，就構成了一段程序，把程序存放在存儲器中。計算機執(zhí)行程序時，從存儲器中一條一條地取出來并加以執(zhí)行，就可以實現(xiàn)相應的運算工作。2）內(nèi)存的基本組成存儲器是具有記憶功能的設備，可以存放用二進制的形式表示的程序和數(shù)據(jù)，它在計算機中具有十分重要的地位。計算機之所以能夠脫離人的干預而高速、自動地工作，其中一個必要條件是在計算機中具有一個能夠存放程序和數(shù)據(jù)的存儲器。（1）存儲器的分類 根據(jù)存儲器的存儲介質(zhì)和使用方法不同，對存儲器有不同的分類方法。常用的分類方法有以下幾種：用來制作存儲器的物質(zhì)稱為存儲介質(zhì)。根據(jù)目前常用的存儲介質(zhì)可以把存儲器分為半導體存儲器、磁存儲器和光存儲器三種?！冒雽w元件組成的存儲器稱為半導體存儲器，半導體存儲器可分為RAM和ROM兩種?！么判圆牧辖M成的存儲器稱為磁存儲器，主要包括磁芯存儲器、磁盤存儲器和磁帶存儲器。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器?！霉鈱W原理制成的存儲器稱為光存儲器，目前光盤存儲器的使用越來越普及b． 按存取方式分類按照存儲器的不同工作方式可以將存儲器分為隨機存取存儲器RAM（Random Access Memory）、只讀存儲器ROM（Read Only Memory）、順序存取存儲器SAM（Sequential Access Memory）和直接存取存儲器DAM（Direct Access Memory）。若在程序運行的過程中存儲器任何存儲單元的內(nèi)容都能被隨機存取，而且存取時間與存儲單元的物理位置無關，則稱它們?yōu)殡S機存取存儲器，簡稱RAM。RAM用于計算機的內(nèi)存，其特點是存取速度快。RAM可以分為動態(tài)RAM和靜態(tài)RAM兩種。動態(tài)RAM中存儲的信息經(jīng)過一段時間后會自動消失（一般為2ms），在使用時需在2ms之內(nèi)對其內(nèi)容進行恢復，這一過程稱為刷新。靜態(tài)RAM中所存儲的信息在電源正常時不會丟失若在程序的運行過程中存儲單元中的內(nèi)容只能取出不能存入，則稱它們?yōu)橹蛔x存儲器，簡稱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)廠家在制作時將程序和數(shù)據(jù)寫入，用戶只能使用不能對其進行修改。為了使用戶能根據(jù)自己的需要把程序和數(shù)據(jù)寫入只讀存儲器，制作了一種可編程的只讀存儲器PROM（Programmable ROM）,它允許用戶把程序和數(shù)據(jù)寫入到PROM，但只允許寫入一次。由于在軟件開發(fā)的過程中，程序需反復調(diào)試修改后才能投入應用 ，所以用戶希望ROM不僅能夠由自己寫入，而且能夠擦除后重寫，這就出現(xiàn)了EPROM（Erasable PROM）。EPROM芯片上有一個有機玻璃窗口，利用紫外線擦除器對窗口進行照射，可以將EPROM中存儲的內(nèi)容擦除，然后便可以重新寫入。EPROM芯片上平時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入造成信息丟失。EPROM在程序調(diào)試的過程中得到了廣泛的使用，但EPROM的寫入速度較慢，而且需要一些特殊條件。目前另一種常用的只讀存儲器是電擦除只讀存儲器E2PROM（Electrocally Erasable Programmable Read Only Memory）:在改寫程序時，不必脫機用紫外線照射，用5V電壓就可以進行電改寫，每個存儲單元可重復使用1萬次；程序運行時，讀寫速度快，可以代替RAM使用；斷電時信息可以長期保存，從而彌補了EPROM的