第1章微型计算机基础

1.1 概述

1.2 微型计算机系统

1.3 计算机中的数制及其转换

1.4 计算机中数与字符的编码

1.5 非数值数据的二进制编码

习题与思考题

第1章 微型计算机基础

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ENIAC1946年2月15日，世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC研制成功，承担开发任务的“莫尔小组”由四位科学家和工程师埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯组成，总工程师埃克特当时年仅24岁。

ENIAC：长30.48米，宽1米，占地面积170平方米，30个操作台，约相当于10件普通房间的大小，重达30吨，耗电量150千瓦，造价48万美元。它使用18000个电子管，70000个电阻，10000个电容，1500个继电器，6000多个开关，每秒执行5000次加法或400次乘法，是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。 (而人最快的运算速度每秒仅5次加法运算)，还能进行平方和立方运算，计算正弦和余弦等三角函数的值及其它一些更复杂的运算。这样的速度在当时已经是人类智慧的最高水平。

1.1 概述

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埃克特(右)和莫克利(左)

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ENIAC的不足：运算速度慢、存储容量小、全部指令没有存放在存储器中、机器操作复杂、稳定性差 。

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冯·诺依曼加入莫尔研制小组之后，在ENIAC尚未投入运行的阶段， 就发现了ENIAC原先设计中的致命缺陷。此后，冯·诺依曼(Von Neumann)与莫尔小组合作研制了EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)计算机，该计算机采用了存储程序方式，其后开发的计算机都采用这种方式，称为冯·诺依曼计算机。冯·诺依曼计算机具有如下基本特点：

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(1)计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成；

(2)采用存储程序方式，程序和数据放在同一个存储器中，指令和数据一样可以送到运算器中运算，即由指令组成的程序是可以修改的；

(3)数据以二进制码表示；

(4)指令由操作码和地址码组成；

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(5)指令在存储器中按执行顺序存放，由程序计数器PC指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序递增，也可按运算结果或外界条件而改变；

(6)机器以处理器为中心，输入/输出设备与存储器间的数据传送都通过处理器。

冯·诺依曼计算机开辟了“存储程序自动控制”的现代计算机体系结构先河，目前的计算机基本是基于冯·诺依曼计算机的模型和原理研制的。

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冯·诺依曼计算机结构

原始数据和指令

计算结果

计算机的基本结构框图

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冯·诺依曼计算机结构

数据和程序以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也为二进制。

由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。

控制器是根据存放在存储器中的指令序列即程序来工作的，并由一个程序计数器(即指令地址计数器)控制指令的执行。控制器具有判断能力，能根据指令，选择不同的动作流程。

微处理器包括运算器和控制器。以其为核心，通过地址(AB)、数据(DB)、控制(CB)三总线连接存储器、输入/输出接口，进而输入设备和输出设备。

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从第一台计算机问世以来的半个世纪，计算机获得突飞猛进的发展，在人类科技史上还没有一种学科可以与电子计算机的发展相提并论。人们根据计算机的性能和当时的硬件技术状况，将计算机的发展分成四个阶段，每一阶段在技术上都是一次新的突破，在性能上都是一次质的飞跃，四个阶段的