“21天好习惯”第一期——15

《计算机组成原理》



第一章 概论

1.1 计算机的基本概念

    计算机系统通常由硬件和软件两大部分组成。

    硬件是指看得见、摸得着且物理存在的设备实体,如运算器、控制器、存储器和鼠标。

    软件是指不能直接触摸但确实在逻辑上存在的可感知对象,如程序和文档等。

设计计算机硬件系统的基本原则是功能化部件的模块化,即用逻辑电路构造各种功能独立部件,如用门电路触发器等构造运算器和存储器等。在硬件基础上,再根据应用需要配置各种软件,如操作系统、编程语言及各种支撑软件等。硬件和软件按层次逻辑组成一个复杂的计算机系统。

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 1.1.1 信息的数字化表示

   计算机是通过执行程序(指令序列)来实现对数据的加工处理的,因此,计算机中的信息可以分为两大类:控制信息和数据信息。

控制信息用来控制计算机的工作。计算机执行指令时,用指令产生的控制命令(称为微命令)控制有关操作,所以指令序列和微命令序列属于控制信息类。

数据信息是计算机加工处理的对象。计算机根据指令要求取出的操作数以及对操作数处理的结果等,都属于数据信息类。数据信息又分为数值型数据和非数值型数据两类。数值型数据有数值大小与正负之分。非数值型数据则无数值大小,也不分正负,如字符、文字、图像、声音等人们能够识别的信息,以及条件、状态、命令等用于判定的逻辑信息。

     1.在计算机中用数字代码表示各类信息

      数字代码是指一组数字的集合,这里的数字代码通常指二进制数字代码。我们可以根据需要描述的信息(某类控制信息后某类数据信息),用一组约定了含义的数字代码来表示它。

     2.在物理机制上用数字信号表示数字代码

       计算机时一种复杂的电子线路,传送和处理的实际对象是电信号。电信号又分为模拟信号和数字信号两种。

      模拟信号是一种随时间连续变化的电信号,如电流信号、电压信号等。我们可以用电流或电压的辅助来模拟数值或物理量的大小,如模拟稳定的高低、压力的大小等。处理模拟信号的计算机称为模拟计算机,只应用在极其特殊的领域中。用模拟信号来表示数据的大小有许多缺点,如表示精度的高低,表示的范围小、抗干扰能力弱、不便于储存等。如果用数字信号则可以克服以上缺点。

    数字信号是一种在时间上或空间上断续变化的电信号,如电平信号和脉冲信号。单个电信号一般只取两种状态,如电平的高或低、脉冲的有或无,这样可以用这两种状态分别表示数字代码1和0,称为二值逻辑。

3.用数字化方法表示信息的主要优点

(1)在物理上容易实现信息的表示与储存

每个信号只取两种可能的状态表示1或0,因此在物理上可以用多种方法来实现,如开关的接通或断开、晶体管的导通或截止、电容上有无电荷等。凡是具有两种稳定状态的物理介质均可用来存储信息,如用双稳态触发器存储信息、利用电容上存储的电荷来存储信息。

(2)抗干扰能力强,可靠性高

 由于单个数字信号的两种状态差别较大,即使信号受到一定程度的干扰,仍能比较可靠地鉴别出电频的高低或信号的有无。

(3)数值的表示范围大,表示精确度高

一位数字信号的表示范围很窄,用多数数字信号的组合表示一个数时,可以获得很大的表示范围和很高的精度。

(4)可表示的信息类型极其广泛

各种非电类型的信息可以先转换为电信号,模拟电信号又可以转换为数字电信号,因此表示的信息类型和范围几乎没有限制。

(5)能用数字逻辑技术进行信息处理

根据处理功能逻辑化的思想,计算机的所有操作最终使用数字逻辑电路来实现的。因此,用逻辑代数对信息进行处理就形成了计算机硬件设计的基础,可以用非常有限的几种逻辑单元(如与门、或门、非门等)构造出变化无穷的计算机系统和其他数字系统。

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