【正文】 磁道。 （ 1）磁盤(pán)存儲(chǔ)器 磁盤(pán)存儲(chǔ)器具有容量大，存取速度高（相對(duì)其他種類(lèi)外存儲(chǔ)器）的特點(diǎn)，因而在各種類(lèi)型的計(jì)算機(jī)中普遍被用做主要的外存儲(chǔ)器。磁帶、磁盤(pán)存儲(chǔ)器是現(xiàn)今最常用的外存，因其利用磁表面介質(zhì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，通常也稱(chēng)為磁表面存儲(chǔ)器。 另有一種 EPROM 是通過(guò)電 氣方法擦除其中的已有內(nèi)容，也稱(chēng)為電可擦寫(xiě)編程 ROM（ EEPROM）。擦寫(xiě)時(shí)通過(guò)其外部的一個(gè)石英玻璃窗，利用紫外線(xiàn)的照射，使浮柵上的電荷獲得高能而泄漏，恢復(fù)原有的全 “0”或全 “1”狀態(tài)，允許用戶(hù)重新寫(xiě)入信息。最常見(jiàn)的 EPROM 是 UVEPROM，其存儲(chǔ)元件常用浮置柵型 MOS 管組成。擦除和寫(xiě)入可以根據(jù)用戶(hù)的要求用工具擦去 R0M 中原有的存儲(chǔ)內(nèi)容，重新寫(xiě)入新的編碼。 （ 2） EPROM 和 EEPROM 的工作原理 為了適應(yīng)程序調(diào)試的要求，針對(duì)一般 PROM 的不可修改特性，設(shè)計(jì)出可以多次擦寫(xiě)的可編程 ROM（ EPROM）。 PROM 與掩模 ROM 的主要區(qū)別是 PROM 在出廠(chǎng)時(shí)其內(nèi)容均為 “0”或 “1”，用戶(hù)在使用前按照自己的需要利用工具將編碼寫(xiě)入 PROM 中，一次寫(xiě)入不可修改。 掩模 ROM 的特點(diǎn)是其存儲(chǔ)內(nèi)容出廠(chǎng)時(shí)由生產(chǎn)廠(chǎng)家一次制成，用戶(hù)不能對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行修改，而依賴(lài)于生產(chǎn)廠(chǎng)家，這種 ROM 適用于定型批量制作。 （ 1） ROM 的工作原理 一般的 ROM 使用掩模式 ROM。制作ROM 的半導(dǎo)體材料有二極管、 MOS 電路和雙極型晶體管等。一般用于存放微程序、固定子程序、字母符號(hào)陣列等信息。 的工作原理及其應(yīng)用 使用時(shí)只讀出不寫(xiě)入的存儲(chǔ)器稱(chēng)為只讀存儲(chǔ)器（ ROM）。要組成滿(mǎn)足字長(zhǎng)要求的存儲(chǔ)器所需芯片數(shù)為 :y/M。 （ 2） RAM 的實(shí)際應(yīng)用 由于一個(gè)存儲(chǔ)器的芯片一般不能滿(mǎn)足使用的要求，所以通常將若干個(gè)存儲(chǔ)器芯片按串聯(lián) 和并聯(lián)的兩種方式相結(jié)合連接，組成一定容量和字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器。 ③ 地址復(fù)用的 RAM 組織 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，使得一塊存儲(chǔ)器芯片能夠容納更多的內(nèi)容。 ① RAM 的并聯(lián) 為擴(kuò)展存儲(chǔ)器的字長(zhǎng)，可以采用并聯(lián)存儲(chǔ)器芯片的方式實(shí)現(xiàn)。 （ 1） RAM 的組織 第 9 頁(yè) 20201127 9 半導(dǎo)體 RAM 芯片是在半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路工藝支持下的產(chǎn)物。 靜態(tài)存儲(chǔ)器和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的主要差別在于 :靜態(tài)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的信息不會(huì)自動(dòng)消失，而動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的信息需要在再生電路的幫助下才能保持。但其內(nèi)部線(xiàn)路簡(jiǎn)單，集成度高，價(jià)格較靜態(tài)存儲(chǔ)器便宜。 MOS型存儲(chǔ)器按其工作狀態(tài)又可以分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。 的結(jié)構(gòu)、組織及其應(yīng)用 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器有體積小、存取速度快、生產(chǎn)制造易于自動(dòng)化等特點(diǎn)，其性能價(jià)格比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁芯存儲(chǔ)器，因而得到廣泛的應(yīng)用。存儲(chǔ)器寫(xiě)的操作與讀的操作相類(lèi)似。地址譯碼器將地址寄存器中的地址編碼譯成相應(yīng)地址線(xiàn)（字線(xiàn)）的高電位，標(biāo)志指定的存儲(chǔ)單元 。即同樣可以提供 1024 種狀態(tài)，而地址線(xiàn)只需要 64 條，比單譯碼器節(jié)省 %的地址線(xiàn)。 X 向譯碼器和 Y 向譯碼器引出的地址線(xiàn)都是 2 5 =32 條。 設(shè)地址長(zhǎng)度 n 仍為 10，將其中的前 5 位輸入到 X 地址譯碼器中，譯出 X 0 到 X 31 譯碼線(xiàn)，分別選擇 0～ 31 行。如地址位數(shù) N=10，即譯碼器可以有 2 10 =1024 種狀態(tài)，對(duì)應(yīng)有 1024條譯碼線(xiàn)（字線(xiàn)）即 1024 個(gè)存儲(chǔ)單元。 地址譯碼為兩種方式 :一種是單譯碼方式，僅有一個(gè)譯碼器。 （ 3）存儲(chǔ)器的地址譯碼系統(tǒng) CPU 要訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)單元的地址由地址總線(xiàn)輸入到地址寄存器中。存儲(chǔ)單元的集合稱(chēng)為存儲(chǔ)體。每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)地址編號(hào)，用以唯一標(biāo)識(shí)存儲(chǔ)單元的位置。 （ 2）存儲(chǔ)體陣列 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的是 “0”和 “1”的信息，每一個(gè)能存儲(chǔ)一 位二進(jìn)制并能保持兩種狀態(tài)的元件稱(chēng)為記憶元件。 在存儲(chǔ)器的組成中，存儲(chǔ)體是核心，其余部分是存儲(chǔ)體的外圍線(xiàn)路。 ③ 讀寫(xiě)電路與數(shù)據(jù)寄存器 :根據(jù) CPU 的命令，將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)寄存器中寫(xiě)入存儲(chǔ)體中特定的存儲(chǔ)單元或?qū)⒋鎯?chǔ)體中指定單元的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)寄存器中。由于一條譯碼線(xiàn)需要與它控制的所有存儲(chǔ)單元相聯(lián)，其負(fù)載很大。 ② 地址寄存器、譯碼電路與驅(qū)動(dòng)器 :即尋址系統(tǒng)，將 CPU 確定的地址先送至地址寄存器中，然后根據(jù)譯碼電路找到應(yīng)訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)單元。主存儲(chǔ)器主要功能是 :① 存儲(chǔ)體 :是信息存儲(chǔ)的集合體，由某種存儲(chǔ)介質(zhì)按一定結(jié)構(gòu)組成的存儲(chǔ)單元的集合。 運(yùn)算器包括 ALU、累加器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器和狀態(tài)寄存器，而控制器的核心是操作控制器，圍繞它的有程序計(jì)數(shù)器（ PC）、指令寄存器（ IR）、指令譯碼器（ ID）和時(shí)序產(chǎn)生器。 （ 8）時(shí)序產(chǎn)生器 CPU 中除了操作控制器外，還必須有時(shí)序產(chǎn)生器，因?yàn)橛?jì)算機(jī)高速地進(jìn)行工作，每一動(dòng)作的時(shí)間是非常嚴(yán)格的，不能有任何差錯(cuò)。第二種稱(chēng)為微程序控制器，它是采用存儲(chǔ)邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)的 。 根據(jù)設(shè)計(jì)方法不同，操作控制器可分為組合邏輯型、存儲(chǔ)邏輯型、組合邏輯與存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型三種。 （ 6）狀態(tài)寄存器（ SR） 狀態(tài)寄存器保存由算術(shù)指令和邏輯指令運(yùn)行或測(cè)試結(jié)果建立的各種狀態(tài)碼內(nèi)容。顯然，運(yùn)算器中 至少要有一個(gè)累加器寄存器。例如，在執(zhí)行一個(gè)加法前，先將一個(gè)操作數(shù)暫時(shí)存放在 AC中，再?gòu)膬?nèi)存中取出另一個(gè)操作數(shù)，然后同 AC的內(nèi)容相加，所得結(jié)果送回 AC中，而 AC中原有的內(nèi)容隨即被破壞。 （ 5）累加寄存器（ AC） 累加寄存器 AC通常簡(jiǎn)稱(chēng)為累加器。 （ 4）地址寄存器（ AR） 地址寄存器用來(lái)保存當(dāng)前 CPU 所要訪(fǎng) 問(wèn)的內(nèi)存單元的地址。 （ 3）程序計(jì)數(shù)器（ PC） 為了保證程序能夠連續(xù)地執(zhí)行下去， CPU 必須具有某些手段來(lái)確定下一條指令的地址。 指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。指令劃分為操作碼和地址碼字段，它們由二進(jìn)制數(shù)字組成。 ③ 在單累加器結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器中，緩沖寄存器還可兼作為操作數(shù)寄存器。緩沖寄存器的作用是 :① 作為 CPU 和內(nèi)存、外部設(shè)備之間信息傳送的中轉(zhuǎn)站 。在 CPU 中，除算術(shù)邏輯單元（ ALU）及累加器外，尚有下列邏輯部件 : （ 1）緩沖寄存器（ DR） 緩沖寄存器用來(lái)暫時(shí)存放由內(nèi)存儲(chǔ)器讀出的一條指令或一個(gè)數(shù)據(jù)字 。其中程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序產(chǎn)生器和操作控制器等組成了控制器?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器大體有如下三種結(jié)構(gòu)形式。 總線(xiàn)的邏輯電路往往是三態(tài)的，即輸出電平有三種狀態(tài) :邏輯 “1”、邏輯 “0”和 “浮空 ”狀態(tài)。所謂雙向總線(xiàn)，就是信息可以向兩個(gè)方向傳送。 按總線(xiàn)的邏輯結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，總線(xiàn)可分為單向傳送總線(xiàn)和雙向傳送總線(xiàn)。 內(nèi)部總線(xiàn) : 根據(jù)總線(xiàn)所處位置，總線(xiàn)分為內(nèi)部總線(xiàn)和外部總線(xiàn)兩類(lèi)。其中 G 稱(chēng)為進(jìn) 位發(fā)生輸出， P 稱(chēng)為進(jìn)位傳送輸出。C n+i 四位之間采用先行進(jìn)位方式。B i +S 1 A i A i n 代表若干片 ALU 組成更長(zhǎng)的運(yùn)算器時(shí)每片電路的進(jìn)位輸入。 六、運(yùn)算器 多 功能算術(shù) /邏輯運(yùn)算單元（ ALU） : （ 1）基本思想 關(guān)于一位全加器（ FA）的邏輯表達(dá)式為 : F i =A i B i C i C i+1 =A i B i +B i C i +C i A i 式中 F i 是第 i位的和數(shù)， A i 、 B i 是第 i位的被加數(shù)和加數(shù)， C i 是第 i位的進(jìn)位輸入， C i+1 為第 i位的進(jìn)位輸出。分析語(yǔ)音的音素特點(diǎn)，找出音素的基頻和高次頻率優(yōu)分，就能在計(jì)算機(jī)中建立發(fā)音系統(tǒng)的模型，在實(shí)施中對(duì)語(yǔ)音采樣，通過(guò)濾波器分解提取頻率信息，由模 /數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸入計(jì)算機(jī)，與機(jī)內(nèi)的語(yǔ)言模型比較，由此達(dá)到識(shí)別語(yǔ)音的目的。標(biāo)識(shí)符是 “1”，則是漢字內(nèi)部碼。西文字符的 ASCII碼占一個(gè)字節(jié)，兩字節(jié)的漢字內(nèi)碼可以看成是它擴(kuò)展的字符代碼，在同一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，只要從最高位標(biāo)識(shí)符就能區(qū)分這兩種代碼。一個(gè)漢字內(nèi)部碼只占兩個(gè)字節(jié)，兩字節(jié)足以表達(dá)數(shù)千個(gè)漢字和各種符號(hào)圖形，且又節(jié)省計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間。 漢字內(nèi)部碼是漢字在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)、運(yùn)算的信息代碼，內(nèi)部碼的設(shè)計(jì)要求與西文信息處理有較好的兼容性，當(dāng)一個(gè)漢字以某種漢字 輸入方案送入計(jì)算機(jī)后，管理模塊立刻將它轉(zhuǎn)換成兩字節(jié)長(zhǎng)的 GB231280 國(guó)標(biāo)碼，如果給國(guó)標(biāo)碼的每字節(jié)最高位加 “1”，作為漢字標(biāo)識(shí)符，就成為一種機(jī)器內(nèi)部表示漢字的代碼 漢字內(nèi)部碼。比如 1981 年我國(guó)制定推 行的 GB231280 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)信息交換用漢字編碼字符集（基本集） 簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)標(biāo)碼，以及若干輔助集。 ③ 邏輯數(shù)據(jù)和邏輯數(shù)據(jù)運(yùn)算可以表達(dá)事物內(nèi)部的邏輯關(guān)系，而數(shù)值數(shù)據(jù)表達(dá)的是事物的數(shù)量關(guān)系。 邏輯數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中雖然也是 “0”或 “1”的形式，但是與數(shù)值有很大區(qū)別 : ① 邏輯數(shù)據(jù)的取值只有 “0”和 “1”兩個(gè)值，不可能再有其他值，而數(shù)值數(shù)據(jù) 0 與 1 的不同組合可以反映很多不同數(shù)值。 ④ 動(dòng)作控制符。 ② 字母。國(guó)際上普遍采用的一種編碼是美國(guó)國(guó)家信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼（ American Standard Code for Information Interchange），簡(jiǎn)稱(chēng) ASCII碼。 X 16 +X 15 +X 2 +1X 16 +X 12 +X 6 +1 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的概念是廣義的，機(jī)內(nèi)除有數(shù)值數(shù)據(jù)之外，還有文字、符號(hào)、圖象、語(yǔ)言和邏輯信息等等，因?yàn)樗鼈円捕际?0、 1 形 第 6 頁(yè) 20201127 6 式存在，所以稱(chēng)為非數(shù)值數(shù)據(jù)。并不是任 何一個(gè) r+1 位的編碼都可以作生成多項(xiàng)式用，它應(yīng)能滿(mǎn)足當(dāng)任何一位發(fā)生傳送錯(cuò)誤時(shí)都能使余數(shù)不為 0，并且不同位發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)應(yīng)當(dāng)使余數(shù)也不同，這樣不但能檢錯(cuò)而且能推斷是哪一位出錯(cuò)，從而有利于準(zhǔn)確的糾錯(cuò)。因?yàn)樾ｒ?yàn)位擴(kuò)充了傳送部分的代碼，所以這是一種基于 “冗余校驗(yàn) ”的思想的校驗(yàn)辦法。該余數(shù)就是校驗(yàn)位。這個(gè)余數(shù)不計(jì)高位。 （ 2） CRC 碼計(jì)算 傳送信息時(shí)生成 CRC 碼以及接收時(shí)對(duì) CRC 碼校驗(yàn)都要與 “生成多項(xiàng)式 ”相除，這里除法是 “模 2 運(yùn)算 ”，即二進(jìn)位運(yùn)算時(shí)不考慮進(jìn)位和借位。當(dāng)不能除盡時(shí)，說(shuō)明有信息的狀態(tài)位發(fā)生了轉(zhuǎn)變，即出錯(cuò)了。 （ 1） CRC 碼 串行傳送的信息 M（ X）是一串 k 位二進(jìn)制序列，在它被發(fā)送的同時(shí)，被一個(gè)事先選擇的 “生成多項(xiàng)式 ”相除， “生成多項(xiàng)式 ”長(zhǎng) r+1位，相除后得到 r位余數(shù)就是校驗(yàn)位，它拼接到原 k 位有效信息后面即形成 CRC 碼。 循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 CRC 碼（ Cyclic Redundancy Check） : 計(jì)算機(jī)信息傳向遠(yuǎn)方終端或傳到另一個(gè)計(jì)算中心時(shí)，信息沿一條通信線(xiàn)路一位位傳送，這種通信方式叫串行通信。若是偶校驗(yàn)（ even parity），連同校驗(yàn)位在內(nèi)編碼里含 “1”的個(gè)數(shù)是偶數(shù)個(gè)。 由于器件質(zhì)量不可靠、線(xiàn)路工藝不過(guò)關(guān)、遠(yuǎn)距離傳送帶來(lái)的干擾或受來(lái)自電源、空間磁場(chǎng)影響等因素，使得信息在存取、傳送和計(jì)算過(guò)程中難免會(huì)發(fā)生諸如 “1”誤變?yōu)?“0”的錯(cuò) 誤，計(jì)算機(jī)一旦出錯(cuò)，要能及時(shí)檢測(cè)并糾正錯(cuò)誤，其中一種方法是對(duì)數(shù)據(jù)信息擴(kuò)充，加入新的代碼，它與原數(shù)據(jù)信息一起按某種規(guī)律編碼后具有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的能力，有的甚至能指出錯(cuò)誤所在的準(zhǔn)確位置使機(jī)器自動(dòng)糾正，能起這種作用的編碼叫 “校驗(yàn)碼 ”（ check code）。其編碼種類(lèi)很多，如格雷碼、余 3 碼等，最常用的叫 8421BCD 碼， 4 個(gè)二進(jìn)制位自左向右每位的權(quán)分別是 1。如果尾數(shù)是補(bǔ)碼，當(dāng) N 是正數(shù)時(shí)， S 1 必須是 1，而 N 是負(fù)數(shù)時(shí)， S 1 必須是 0，才稱(chēng)為規(guī)格化的形式。 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算必須化成規(guī)格化形式。 （ 2）浮點(diǎn)數(shù)（ floatingpoint number） 計(jì)算機(jī)采用浮點(diǎn)數(shù)來(lái)表示數(shù)值，它與科學(xué)計(jì)算法相似，把任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù)通過(guò)移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)位置表示成階碼和尾數(shù)兩部分 : N=2 E S 其中 :EN 的階碼（ exponent），是有符號(hào)的整數(shù) 。當(dāng)機(jī)器數(shù)小于定點(diǎn)數(shù)的最小值時(shí)，被當(dāng)作 0 處理 ，超出定點(diǎn)數(shù)的最大值時(shí)，機(jī)器無(wú)法表達(dá)，稱(chēng)作 “溢出 ”，此時(shí)機(jī)器將停止運(yùn)算，屏幕顯示溢出警告。 計(jì)算機(jī)采用定點(diǎn)數(shù)表示時(shí)，對(duì)于既有整數(shù)又有小數(shù)的原始數(shù)據(jù)，需要設(shè)定一個(gè)比例因子，數(shù)據(jù)按比例因子縮小成定點(diǎn)小數(shù)或擴(kuò)大成定點(diǎn)整數(shù)再參加運(yùn)算，結(jié)果輸出時(shí)再按比例折算成實(shí)際值。通常采用兩種簡(jiǎn)單的約定 :一種是約定所有機(jī)器數(shù)的小數(shù)點(diǎn)位置隱含在機(jī)器數(shù)的最低位之后，叫定點(diǎn) 純整數(shù)機(jī)器數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)定點(diǎn)整數(shù)。 根據(jù)互補(bǔ)的概念，一個(gè)補(bǔ)碼機(jī)器數(shù)再求一次補(bǔ)就得到機(jī)器數(shù)的原碼了。 8 位補(bǔ)碼機(jī)器數(shù)可以表示 128，但不存在 +128 的補(bǔ)碼，由此可知 8 位二進(jìn)制補(bǔ)碼能表示數(shù)的范圍是 128～ +127。 ① 正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼一樣，［ X］ 補(bǔ) =［ X］ 原 ② 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是將原碼符號(hào)位保持 “1”之后其余各位取相反的碼，末位加 1 便得到補(bǔ)碼，即取其原碼的反碼再加 1∶ ［ X］ 補(bǔ) =［ X］ 反 +1。 一個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼記作［ X］ 補(bǔ) ，設(shè)模是 M， X 是真值，補(bǔ)碼定義如下 : ［ X］ 補(bǔ) =［ X］ 原 X≥ M+X X0 從這個(gè)定義出發(fā)就能求得一個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼。計(jì)算機(jī)是一種有限字長(zhǎng)的數(shù)字系統(tǒng)，因此 都是有模運(yùn)算，超過(guò)模的運(yùn)算結(jié)果都將溢出。設(shè) ［ X］ 原 =X 0 X 1 X 2 …X n 當(dāng) X 0 =0 時(shí)，［ X］ 反 =X 0 X 1 X 2 …X n 當(dāng) X 0 =1 時(shí)，［ X］ 反 =X 0 X 1 X 2 …X n （ 3）補(bǔ)碼表示法（ plement） 設(shè)計(jì)補(bǔ)碼表示法的目的是 :① 使符號(hào)位能和有效數(shù)值部分一起參加數(shù)值運(yùn)算從而簡(jiǎn)化運(yùn)算規(guī)則，節(jié)省運(yùn)算時(shí)間。