上篇 计算机原理
第一章 计算机的发展
第一节 计算机的发展概述
本节要求
? 了解计算机的发展与应用领域
知识精讲
一、 产生
计算机又称电脑，则一种能够自动、高速、精确地完成各种信息存储、数据处理、数值计算、过程控制和数据传输的电子设备。通常，它是以电子元器件为基本器件、以数字形式进行数据加工的设备，人们又称它为电子计算机（Digital Electronic Computer）。
计算机得以飞速发展的根本动力是计算机的广泛应用，在应用需求的强力推动下，计算机制造技术的进步呈加速发展的趋势，体积变小、速度更快、容量加大、功能更增、成本降低，其发展速度之快，大大超出人们的预料。
世界上第一台数字计算机是1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生的，并取名为埃尼阿克（ENIAC,Electronic Numerical Integrator And Calculator）。它共用了18800个真空电子管及1500多个继电器，有30个操作台，占地面积170平方米，重量达30多吨，耗电量为150kw/时，加法运算速度每秒5000次，内存仅有20个寄存器，不能存放程序，仅靠插板编制程序。而当今广泛使用的Pentium处理器在一个小小的集成电路上集成了300多万个晶体管，面积不到5cm×5cm，时钟频率已远远超过100MHz,总功耗小于15W。 二、 特点
与其它电子设备或工具相比，计算机具有如下特点： 1．运行速度快、处理能力强 2．大容量存储和高速存取能力 3．运算精度高
4．具有逻辑判断能力
5．存储程序和自动执行能力 6．具有数据传输和通信能力 三、 分类 1．按信息分类
（１）数字计算机：以“0”或“1”数字代码的数据形式来表示要处理
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的信息。
（２）模拟计算机：对模拟变量进行操作的计算机，要处理的信息是以模拟量来表示的，如电压量或电流量。一般用于模拟数据的处理。
（３）混合计算机：利用模拟表示和数字表示这两种表示方式进行数据处理的电子计算机，既能处理数字量又能处理模拟量，并具有二者之间相互转换的能力。常用于炼钢、化工、模拟飞行等方面。 ２．按用途分
（１）通用计算机：为了解决多方面的问题而设计的计算机。 （２）专用计算机：为了处理某些特殊问题而设计的计算机。 ３．按规模或性能分
巨型、大型、中型、中小型、小型、微型 ４．按元器件分
电子管（1946~1958）、晶体管（1959~1964）、集成电路(1965~1971)、大规模(LSI)或超大规模集成(VLSI)电路(1971~) 四、应用 1． 科学计算 2． 数据处理
数据处理的对象不是数值数据而是各种业务数据。数据处理的内容主要不是数值运算，而是数据检索、分类、统计等工作。 3． 过程控制
4． 计算机辅助设计与制造 5． 办公自动化
6． 信息管理和决策(MIS及DSS) 7． 人工智能(AI)
主要是利用计算机来模拟人的思维活动，进行逻辑判断，完成一部分人类智能担任的工作。 四、 计算机的发展趋势
巨型化、微型化、网络化、多媒体化、智能化 六、计算机中常用的基本术语
１．硬件：组成一台计算机的所有实际的物理装置的总称。 ２．软件：程序、数据和有关的文档资料。 ３．程序和程序设计
程序是指按某种顺序排列的使计算机能完成某种任务的指令集合。 程序设计是指设计、书写及检查、调试程序的过程。
４．指令：规定计算类型及操作数地址的一些字符，是指挥计算机进行基本操作的命令。
指令包括操作码（指明操作的性质）和操作数（完成操作所需要的数）两部分。
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指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合。
指令可分为数据传送指令、数据运算指令、程序控制指令／转移指令、系统控制指令 ５．位、字节
位：计算机中最小的数据单位是一个二进制位，简称位， 一个二进制位可表示两种状态，位越多，所表示的状态就越多。
字节：衡量计算机所容纳信息量多少的基本单位，用来表示存储空间大小。
Bit Byte KB MB GB TB 字位 字节 千字节 兆字节 千兆字节 兆兆字节 1bit 8bits 1024B 1024KB 1024MB 1024GB 6．字、字长
字：存储、处理数据的一个运算单位。 字长：每个字所含的二进制个数或字节的数量，即CPU能同时处理的数据宽度；字长是在设计机器时规定的，字长越长，在相同时间内能传送更多的信息；字长越长，计算机有更大的寻址空间；字长越长，计算机系统支持的指令数量地越多，功能也就越强。 7．运算速度：每秒钟能执行定点加法指令的条数称为计算机的平均运算速度。 以单字长定点加法指令的平均执行时间来计算，单位是MIPS（每秒钟能执行定点加法运算的次数）；
以单字长浮点加法指令和平均执行速度来衡量，单位是MFLOPS。 8．存取时间、存取周期
存取时间：从存储器中读出一个数据或将一个数据写入存储器的时间； 存取周期：连续两次读或写数据所需的最短时间；存取时间和存取周期越短则存取速度越快。
复习巩固
一、填空题
1．计算机的特点有 、 、运算精度高、 和具有数据传输出能力等。
2．计算机按用途可分为 和 计算机。
3．第二代计算机被称为是晶体管计算机，主要是因为采用晶体管作为 ，此时也已开始使用操作系统。
4．计算机中的LSI是指 、VLSI是指 。 5．MIS的中文含义是 、AI是指 。
6．未来计算机的发展趋势有 、 、 、 和智能化。
7．程序是按按某种顺序排列的能使计算机完成某种任务的 。
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8．程序设计是 、 及检查、调试程序的过程。 9．计算机中的所讲的指令是由 和 两部分组成的。前者指明指令操作的性质，后者说明指令中所需要操作数。
10．从存储器中读出一个数据或将一个数据写入存储器的时间为 ，连续两次读或写数据所需的最短时间称为 。 二、选择题
1．一个字节由相邻的 个二进制位组成。 A)3 B)4 C)8 D)16 2．1MB= 。 A)1000B B)1024B C)1000B D)1024KB
3．在计算机内部，数据是以 形式加工处理和传送的。 A)十进制码 B)十六进制码 C)八进制码 D)二进制码 三、判断题
1．指令就是计算机能够直接执行的命令。 2．程序设计就是指编写源程序。
3．计算机中最小的数据单位是二进制位。 4．计算机中最小的编址单位是字节。
5．8个二进制位可以表示128种不同的状态。
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6．1GB约等于10MB，约等于10KB。
7．计算机系统支持的指令越多则计算机的功能就强。 8．字长越长，则计算机的存取速率就越快。 9．计算机的运算速度可以用MFLOPS来衡量。
第二节 数制及数制的转换
本节要求
? 掌握各种数制及其转换方法
知识精讲
计算机处理各种信息时，首先需要将信息表示成为具体的数据形式，选择什么样的数制表示数，对机器的结构、性能和效率有很大的影响。二进制是计算机中数制的基础。二进制形式是指每位数码只取二个值，要么是“0”要么是“1”，超过1则要向上进位。计算机中采用二进制是因为二进制简单，仅有两个数字符号。 一、数制及常用数制：
基数：我们称某进制数所使用的数字符号的个数为基数。 常用的数制：十进制数、二进制数、八进制数、十六进制数；
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十进制数的基数为10,即逢十进一，常用符号D表示； 二进制数的基数为2，即逢二进一，常用符号B表示； 八进制数的基数为8, 即逢八进一，常用符号O表示；
十六进制数的基数为16, 即逢十六进一，常用符号H表示； 一个任意的十进制数可表示为：an an-1?a2 a1 a0．b1b２?bm-1bm
即an×10n+an-1×10n-1+?+a2×102+a1×101+a0×100+b1×10-1?bm-1×10-m-1+bm×10-m
其中，aibj是０~９之间的任何一个数, a0~an 每一位上所对就的权值则是10i 一个任意的二进制数可表示为：anan-1?a2a1a0.b0b1b２?bm-1bm
含义：an×2n+an-1×2n-1+?+a2×22+a1×21+a0×20+b1×2-1+b２×2-2+?bm-1×2-(m-1)+bm×2-m
其中，aibj是０~９之间的任何一个数, a0~an 每一位上所对就的权值则是2i 二、数制之间的转换：
在计算机内部，一切信息（包括数值、字符、指令等）的存取、处理和传送都是采用二进制的形式。二进制在计算机中是以器件的物理状态来表示的，这些器件具有两种不同的稳定状态且能相互转换，既简单又可靠，但书写较复杂，因此，通常又用八进制或十六进制来表示。
表１．１常用数制的表示及前16个自然数 十进制数 二进制数 八进制数 十六进制数 2 8 16 基数10 B O H 标志符D 0 0 0 0 1 1 1 1 2 10 2 2 3 11 3 3 4 100 4 4 5 101 5 5 6 110 6 6 7 111 7 7 8 1000 10 8 9 1001 11 9 10 1010 12 A 11 1011 13 B 12 1100 14 C 13 1101 15 D 14 1110 16 E 15 1111 17 F 16 10000 20 10 １．十进制数与二进制数之间的转换 （１）十进制数转换成二进制数
整数部分采用除２取余的方法，将每次除以2所得的余数按先低后高的
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顺序排出来就是这个十进制数对应的二进制数的整数部分，直到商为０。
小数部分采用乘２取整的方法，将每次乘以２所得的整数部分取出来，从左到右排列即得该十进制数所对应的二进制数的小数部分，直到余下的小数部分为０或满足所需求的精度为止。 例１．123.6875D=?B 整数：123D＝1111011B ２ |１２３ 1 2| ６１ １ ２|３０ ０ ２|１５ １ ２| ７ １ ２| ３ １ ２| １ １ ０
小数部分：０．６８７５Ｄ＝０．１０１１Ｂ
０．６８７５ × ２
１．３７５０ １ ０．３７５０ × ２
０．７５００ ０ ０．７５００ × ２
１．５０００ １ ０．５０００ × ２
１．００００ １ ０．００００
所以：１２３．６８７５Ｄ＝１１１１０１１．１０１１Ｂ
以此类推，十进制数与八进制数或十六制数的转换整数部分可以采用“除基取余”小数部分采用“乘基取整”的方法进行。 （２）二进制数转换成十进制数
用二进制数制的通用形式表示出来后进行相加即可。 1101.101B＝？D
1101.101B＝1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3 =8+4+0+1+0.5+0+0.125 =13.625D
２．二进制数与八进制数之间的转换
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（１）二进制、八进制、十六进制之间的关系
我们知道，在计算机内部，所有的信息都是以二进制的形式存储、处理和传送，但用户在书写时可以用八进制或十六进制表示，由于8和16都是2的整数次幂，即8＝23，16＝24 ，利用这点我们可以在三者之间进行转换是非常方便的。一位八进制数正好相当于三位二进制数，一位十六进制数正好等于四位二进制数，所以要想把一个二进制转换成八进制或十六进制数，只要从小数点开始向前，每三位一组构成一位八进制数或每四位一组构成一位十六进制数，不够三位或四位时在最左边补0；从小数点向后，每三位一组构成一位八进制数或每四位一组构成一位十六进制数，不够三位或四位时，在最右边补0，这样便可以得到相应的八进制数或十六进制数。 （２）二进制数转换成八进制数
从小数点开始向前，每三位一组构成一位八进制数，不够三位时，在最左边补０。
从小数点开始向后，每三位一组构成一位八进制数，不够三位时，在最右边补０。
例３、 １１１０１１０１．１０１１１Ｂ＝？Ｏ
（０）１１ １０１ １０１．１０１ １１（０）Ｂ ＝ ３ ５ ５ ． ５ ６Ｏ ＝３５５．５６Ｏ
（３）二进制数转换成十六进制
从小数点开始向前，每四位一组构成一位十六进制数，不够四位时，在最左边补０。
从小数点开始向后，每四位一组构成一位十六进制数，不够四位时，在最右边补０。
例４、 １１１０１１０１．１０１１１Ｂ＝？Ｈ
１１１０ １１０１．１０１１ １（０００）Ｂ ＝ Ｅ Ｄ ． Ｂ ８Ｈ ＝ＥＤ．Ｂ８Ｈ
（４）八进制数转换成二进制
将一位八进制数用相应的三位二进制数表示。 例５、１５６．３７O＝？Ｂ
１ ５ ６ ． ３ ７ Ｏ ００１ １０１ １１０．０１１ １１１ Ｂ （５）十六进制数转换成二进制
同上，将一位十六进制数用相应的四位二进制数表示。
二进制数、八进制数、十六进制数之间的转换可借助于三者之间的关系进行，同样，二进制数、八进制数、十六进制数用位权法表示后求和，可以很方便地转换成十进制数。
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在数制转换中，记住基数为２的一些基本乘幂值是十分有益的。
表１．２ 基数为２的乘幂值 次方 ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １0 16 32 64 128 256 512 1024 基数为２的值 ４ 8 思考：十六进制数与八进制之间如何转换呢？
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1．十六进行制数１８５．３ＡＨ转化为二进制数为 【解题指导】
１ ８ ５ ． ３ Ａ Ｈ ０００１ １０００ ０１０１．００１１ １０１０ Ｂ 【答案】０００１１００００１０１．００１１１０１０Ｂ
复习巩固
一、填空题
1．计算机处理各种信息时所用的是 数。
2．八进制数一般可用的数字包括 ，且最后用字符 来标识。
3．将一个十进制整数转换为二进制数，采用 的方法，将所有的余数按照先后顺序组合的一起即可，而将一个纯小数转换为二进制数则可采用 的方法，然后将所有的整数按照一定顺序组合在一起。 4．八进制数37.4O转换成二进制数为 。
5．十六进制数A157E.B8H转换为八进制数为 。 6．0.4165B转换为十进制数是 。
7．两个无符号整数10100B和100B，两者算术相加的结果为 ，算术相减的结果为 。
8．用b7b6b5b4b3b2b1b0表示为一字节，其最低位是 其对应位的权值为 ，最高位是 ，其对应位的权值是 。 8． N为m位二进制无符号数，其数值表示范围为________≤N≤_________。 二、选择题
1．十进制数14对应的二进制数是____。 A)1111 B)1110 C)1100 D)1010
2．与二进制小数0．1等值的十六进制小数为____。 A)0.1 B)0．2 C)0．4 D)0．8 3．二进制数1011+1001＝____。
A)10l00 B)1010l C)11010 D)10010 4．(1110)2×(1011)2＝———。
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A)11010010 B)10111011 C)10110110 D)10011010 5．逻辑运算1001V1011=____。 A)1001 B)1011 C)1101 D)1100
6．十六进制数(AB)16变换为等值的八进制数是____。 A)253 B)35l C)243 D)101
7．十六进制数(AB)16变换为等值的二进制数是____。 A)10101011 B)11011011 C)11000111 D)10101011 8．十六进制数(AB)16变换为等值的十进制数是____。 A)17 B)161 C)21 D)171
9．十进制数21变换为等值的八进制数是____。 A)(21)8 B)(23)8 C)(25)8 D)(27)8
10．十进制数123变换为等值的二进制数是____。 A)110101 B)110110 C)111011 D)110011
11．下列逻辑运算中结果正确的是 。 A)1·0=1 B)0·1=1 C)1＋0=0 D)1＋1=1
12．下列十进制数与二进制数转换结果正确的是 。 A)(8)10=(110)2 B)(4)10=(1000)2 C)(10)10=(1100)2 D)(9)10=(1001)2
13．十进制数0.375转换成二进制数是 。 A)(0.111)2 B) (0.010)2 C) (0.011)2 D) (0.101)2 14．下列数中最大的数是 。 A)(227)8 B)（1FF）16 C)（10100001）2 D)(1789)10 16．十进制数87转换成二进制数是 。 A)（1010111）2 B)（1101010）2 C)（1110011）2 )D、（1010110）2 19．(79)十进制数1385转换成十六进制数为 。 A)568 B)569 C)D85 D)D55
20．下列逻辑运算中结果正确的是 。 A)1·0=1 B)0·1=1 C)1＋0=0 D)1＋1=1
21．下列十进制数与二进制数转换结果正确的是 。 A)(8)10=(110)2 B)(4)10=(1000)2 C)(10)10=(1100)2 D)(9)10=(1001)2
22．将十进制数25转换成对应的二进制数,正确的结果是 。 A)11001 B)11010 C)11011 D)11110
23．将二进制数111B转换成对应的十进制数,正确的结果是 。 A)5 B)4 C)7 D)6
24．下列四种不同进制的数值中，最大的数是 。
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A) (7D)16 B)(174)8 C)(123)10 D)(1111000)2 三、判断题
1．计算机中采用二进制数是因为二进制简单，处理起来方便。
2．十进制数要转换成十六进制数必须先转换为二进制数然后再由二进制数转换成十六进制数。
3．计算机中也可以直接处理十六进制数。
4．计算机中的数据可以精确地表示每一个小数和整数。
5．任一个十进的制的小数均可以采用乘2取整的方法转换成与之完全等值的二进制数。
第三节 计算机中数据的表示
本节要求
? 了解计算机中数据的分类和表示方法 ? 掌握原码、反码、补码的概念 ? 掌握ASCII编码
知识精讲
一．计算机中的数据分类
数据按其属性是否具有度量多少的数量含义而分为数值型、字符型、逻辑型三大类。
1．数值型：具有量的多少的含义，根据是不含有小数又分为整型和实型两类。 2．字符型：无数量多少的含义，但无论哪一个字符均对应一个惟一的二进制编码，此编码或用于计算机内部处理或用于信息的输入输出。常用的有ASCII码、汉字的各种编码。
3．逻辑数据：为了使计算机具有逻辑判断能力，引入了逻辑数据，并使计算机能对它们进行逻辑运算，从而得出一个逻辑式的判断结果。在计算机中用一位或一个字节表示，仅取“真“或“假“两个值，在计算机内部常用0表示假，1表示真。
二．计算机中数据的表示方法 １．数值型数据的表示
在计算机内部，要表示一个数值数据，将涉及数的正负号及小数点，根据是否考虑正负号，可将数值数据分为无符号数与有符号数，根据数据小数点是否固定可将其分为定点数和浮点数。 （１）带符号数的表示
在计算机内部，数的正负号用一位二进制数来表示，这个二进制位一般在数的最高位，又称为符号位，且用0代表正，用1代表负。
若用八位二进制位表示一个有符号的整数，其最高位为符号位，则表示
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数值的只有七个二进制位，可表示的最大整数为127，最小整数为－127。 符号：０表示正，１表示负 数值：随具体情况而定
（２）带小数的数的表示：定点表示、浮点表示
在计算机内部，通常用两种方法来表示带小数点的数，即所谓的定点数和浮点数。
①定点数：是小数点在数中的位置是固定不变的数，数的最高位为符号位，小数点可在符号位之后，也可在数的末尾。
缺点：只有纯小数或整数才能用定点数表示；
②浮点数：小数点在数中的位置是浮动的、不固定的数。
一般浮点数既有整数部分又有小数部分，通常对于任何一个二进行制数Ｎ，总可以表示成：
Ｎ＝±２P×S
Ｎ、Ｐ、Ｓ均为二进制数，Ｐ为Ｎ的阶码，一般为定点整数，常用补码表示，阶码指明小数点在数据中的位置，它决定浮点的表示范围；Ｓ称为浮点数N的尾数，一般为定点小数，常用补码或原码表示，尾数部分给出了浮点数的有效数字位数，它决定了浮点数的精度，且|S|<１； 在计算机中表示一个浮点数其结构为： 阶码部分 尾数部分 阶符 阶数 尾符 尾数 Ef Sf E1E2?Em S1S2?Sn 假设用八个二进制位来表示一个浮点数，且阶码部分占4位，其中阶符占一位；尾数部分占4位，尾符也占一位。
若现有一个二进制数N＝（101100）2可表示为：２110×0.1011，则该数在机器内的表示形式为： 0 1 1 0 0 1 1 0 1 一个浮点形式的尾数S若满足0.5≤|S|＜1，且尾数的最高位数为1，无无效的0，则该浮点数称为规格化数；规格化数可以提高运算的精度。
S为原码表示，则 S１=1 规格化数 S为补码表示 N为正数，则S1 ＝１ N为负数，则S1＝０ （３）无符号数的表示方法
与前者的区别仅在于最高位不代表数的正负，机器的全部有效位均用来表示数的大小。
若用八位二进制数表示一个有符号的整数，则表示数值的有八个二进制位，那么可表示的最大整数为255，最小整数为0。 。
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(4)数值型数据的编码
在计算机中数据和符号全部数字化，若最高位为符号位，且用0表示正、1表示负，那么，把包括符号在内的一个二进制数我们称为机器数，这样，采用把各种符号和数值位一起编码的方法来表示数值型数据。数值型数据在计算机中通常用以下几种码制表示,即原码、反码和补码。
①原码表示法：是最简单的机器数表示法。其数符位用0表示正，1表示负，数值一般用二进制形式表示。如果一个机器数为X，则原码可记作[Ｘ]原。 如：有X1的真值为+1101010 则[X1]原＝01101010。 有X2的真值为-1010110 则[X2]原＝11010110。
原码数的与二进制位数有关。若用８位二进制位小数、整数的原码时，其表示范围为：
1.1111111（0.9921875D）~0.1111111(-0.9928175D) 11111111(-127D)~01111111(+127D)
但在原码表示法中0有两种表示形式，即正0(00000000)和负0(10000000)之说；
n位的二进制数用原码表示，则可表示的数的个数为2n-1个
②反码表示法：正数的反码同原码，负数的反码为除符号位外，其它各位按位取反。 如：
有X1＝+1101010 则[X1]原＝01101010 [X1]反＝11010110。 有X2＝－1010110 则[X2]原＝11010110 [X2]反＝10101001。
在反码表示法中0也有两种表示形式，即有正0和负0的区别， [+0]反 ＝00000000 [-0]反 ＝11111111
n位的二进制数用反码表示，则可表示的数的个数为2n－1个； ③补码表示法：正数的补码同原码，负数的补码为反码加1；
补码是二进制运算中的一个较为重要的概念，补码的符号位是数值的一部分，可同数值一起参加运算，它可以把减法转换成加法运算。 若用8位二进制表示，小数、整数的补码表示范围为： 1.0000000~0.1111111 即－1~0.9928175 10000000~01111111 即-128~+127
0的表示在补码中是唯一的，即[+0]补=[-0]补=0000000
n位的二进制数用补码表示，则可表示的数的个数为２n个； （５）算术运算 ①定点加法运算
用补码表示的两个操作数进行加法运算，符号位直接参加运算，结果仍为补码，结果的符号位由运算得出，运算规则：[x+y]补＝[x]补＋[y]补
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②定点减法运算
运算规则：[x－y]补＝[x+(-y)]补＝[x]补＋[－y]补
[－y]补的求法是将[y]补的各位（包括符号位）全变反后，最末位加１。 注意：在进行运算时有时会发生溢出。 ２．字符型数据的表示：
当计算机处理非数值问题， 要引入文字、字母、数字、符号等各种不同的字符，这些字符信息和十进制数一样，也要转换成二进制形式的代码，即用0、1组合来表示不同的字符信息。如两位二进制数字有四种不同的组合即00、01、10、11，可以表示四个不同的字符。目前，我们常用的有西文字符编码和汉字编码。
1）ASCII码：ASCII码是美国信息交换标准码（American Standard Code for Information Interchange)，它采用7位二进制数进行编码，可表示128个字符，但一般用一个字节来存放一个ASCII符,最高位始终为0，有时最高位也用于在数据传输中作奇偶校验位，所以基本的ASCII表只有128个符号。 ２）汉字编码：
GB2312-80是1981年我国公布的《信息交换用汉字编码字符集---基本集》，该基本集中共有7445个汉字及符号，其中汉字6763个，根据汉字的使用频度将其分为两级一级3755个按拼音顺序排列，二级汉字3008个按部首排列。
用计算机来处理汉字信息，首先要将汉字代码化，然后输入计算机，并将其转换为汉字内码，才能进行信息处理，处理完毕再将汉字内码转换成汉字字形码，才能在显示器或打印机上输出。
汉字编码中，根据不同的用途，需要有不同的编码，主要有汉字输入码、汉字机内码和汉字输出码。
１）汉字输入码：利用计算机的输入设备所提供的符号，按照设定的编码规则和约定用一串符号代码来表示汉字。根据汉字编码的方法不同将汉字的输入码又分为数字编码、字音编码、字形编码、形音编码。常用的有五笔字型、汉语拼音、智能ABC、区位码等。
区位码：81年公布的国家标准信息交换用汉字编码基本字符集GB2312-80，94×94，汉字及各种符号7445个，一级汉字3755个，二级汉字3008个，图形符号682个；如3647为”南”的区位，即在GB2312-80中的36区47位
２）汉字内码（机内码）：
国标码：将区号及位号的值各增加32后所得到的两个7位二进制编码即为该汉字或字符的国标码， 那么汉字“南“的国标码就为6879
机内码：在一个计算机内部表示一个汉字的编码；为了避免与ASCII中的控制码冲突，在区码和位码上均加上20H；为了避免与ASCII中的字符冲突，在区码和位码上均加上80H；即在国标码的基础上，将表示汉字的每个字
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上篇 计算机原理
节的高位上置1，就可得到汉字的机内码；或者在汉字区位码的区码和位码上分别加上A0H，也可得到相应的机内码。
机内码（十六进制）=国标码（十六进制）+8080H
如:：”思”的区位码为4328，那么国标码为7560＝43CH，则机内码为CBBCH ３）汉字字形码：汉字是一种象形文字，第一个汉字都可以看成是一个特定的图形，这种图形可以用点阵来描述。根据汉字输出的不同要求，点阵大小各不相同。点阵规模小，分辨率差，字形不美观，但占存储空间也小。
若用16×16点阵来表示一个汉字，则每一个汉字图形有16行，每一行上有16个点，每个点对应一个二进制位，则一个16点阵的汉字字形需用16×16÷8＝32个字节，这32个字节就是一个汉字的字形码，３2个字节中的信息就构成了一个汉字的字模，所有汉字的字模的集合就构成了汉字字库。输出一个汉字，首先要根据汉字的机内码找出其字形信息在汉字库中的位置，然后取出该汉字的字模作为图形在屏幕上显示或在打印机上输出。 思考：若是24×24点阵表示一个汉字，则需要多少字节的存储空间？
综上所述，用汉字外部编码将汉字信息输入计算机，在计算机内部，汉字以机内码形式存储，用汉字字形输出汉字点阵信息，计算机与计算机之间进行汉字信息交换，则使用国标码。 ３．逻辑型数据的表示
逻辑值：真用1表示，假用0表示。
逻辑运算：逻辑非、逻辑与、逻辑或、异或运算（0⊕0＝0、0⊕1＝1、1⊕0＝1、1⊕1＝0不存在进位或借位问题）；
例题分析 填空
1．十进制数的＋48用8位二进制数表示为 ，十进制数的－43用8位二进制数表示为 。
（００１１００００）２＝（+48）10 （１０１１００００）２＝（-48）10
２．二进制数０.011011的规格化数为 ，二进制数－０.011011的规格化数为 。
分析：０.011011可表示为０.11011×2-1，即规格化数为０.11011×2-1
－110.011011可表示为－０.110011011×23，即规格化数为０.11011×211
２．若x=0.011,y=0.010，则x+y为 分析
[x]补＝0.011,[y] 补=0.010
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0.011 + 0.010
0.101
所以x+y=0.101
３．若x=-0.010，y=-0.011，求x+y [x]补=1.110，[y]补=1.101
1.110 + 1.101 11.011 此位为向高位的进位。
所以[x+y]补=1.011，x+y=-0.101 ４．X=0.100,y=0.010，求x-y 分析
[x-y]补＝[x]补+[-y] 补=0.100+1.110=10.010 所以x-y=0.010 选择题
1．在微机中，应用最普遍的字符编码是____。 A)ASCII码 B)BCD码 C)汉字编码 D)补码 【答案】A
【解题指导】字符编码是指对英文字母、符号和数字的编码，应用最广泛的是美国国家信息交换标准字符码，简称为ASCII码。BCD码是一种二-十进制编码。汉字编码是对汉字不同表示方法的各种汉字编码的总称。补码是带符号数的机器数的编码。
2．计算机中的数据根据其是否具有度量可分为 。 A）数值型、字符型、逻辑型 B）字符型、逻辑型 C）数值型、字符型 D）数值型、逻辑型 【答案】A
【解题指导】数据按其属性是否具有度量多少的数量含义而分为数值型、字符型、逻辑型三大类。 3． 在微机上用汉语拼音输入“中国”二字，键入“zhongguo”8个字符。那么，“中国”这两个汉字的内码所占用的字节数是（ ） A) 2 B) 4 C) 8 D) 16 【答案】A
【解题指导】在计算机内部，汉字以机内码形式存储，用汉字字形输出汉字点阵信息，计算机与计算机之间进行汉字信息交换，则使用国标码，“zhongguo”仅是指汉字输入的编码即输入编码。
4．在24×16点阵的字库中，存储一个汉字的点阵信息用 个字节。 A)24 B)48 C)16 D)32
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上篇 计算机原理
【答案】B
【解题指导】在计算机输出汉字时是用字库中对应的汉字字模来进行的，即每一个汉字图形根据其汉字点阵来进行计算，24×16点阵的一个汉字字模有16行，每一行上有16个点，每个点对应一个二进制位，存储一行的信息要用2B，则一个16点阵的汉字字形需用24×16÷8＝48个字节，48个字节中的信息就构成了一个汉字的字模。
5．一个非零的无符号二进制数的右边添上两个0，形成一个新的无符号数，则新得到的数是原数的 倍。 A）2 B）4 C）6 D）8 【答案】B
【解题指导】一个无符号二进制数右边添上一个0表示该数左移一位即该数扩大2倍，右边添上两个0表示该数左移两位即该数扩大4倍，右边添上三个0表示该数左移三位即该数扩大8倍，依次类推。
判断题
1．计算机中正数无反码、补码一说。 【答案】错
【解题指导】在计算机中无论正数还是负数都有补码，只不过正数的补码与原码、反码一致，而负数的补码为除最高位符号位外，其余位逐位取反后并在最低位加1。
2．计算机中一个浮点数N可用±２P×S表示，那么用规格化数表示，则尾数S必须满足0.5≤|S|＜1。 【答案】对
【解题指导】一个浮点形式的尾数S若满足0.5≤|S|＜1，且尾数的最高位数为1，无无效的0，则该浮点数称为规格化数；规格化数可以提高运算的精度。
复习巩固
一、填空题
1．计算机中最小的数据单位是 ，一个字节是由 二进制位组成，而字长一般是 的整数倍， 越长则机器的功能就越强。
2．计算机中用每秒能执行定点加法运算的次数来衡量计算机的 ，单位一般用 来表示。
3．一台计算机的 是指从存储器中读了一个数据或将一个数据写入存储器的时间，而 是指连续两次读或写数据所需的最短时间。
4．.数据处理的内容主要不是数值运算，而是数据检索、 、 等 5．计算机中数据可分为 型、 型和逻辑型三大类。
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6．计算机中的一个数值型数据根据是否有符号位可分为 和 ，根据小数点的位置是否固定则又可分 和 。
7．根据汉字编码方法的不同，可将汉字的输入码分为 、 、 和形音编码，常用的汉字输入方法五笔字型就属于 编码，目前常用的智能ABC输入方法是属于 编码。
8．在汉字区位码的区号和位号上分别加上十进制数 就构成了该汉字的国标码。
9．在汉字区位码的区号和位号上分别加上十六进制数 就构成了该汉字的机内码。
10．将汉字国标码的两个字节的最高位分别置 也会得到该汉字的机内码。
11．一个16点阵的汉字字形需要用 字节来存放，而一个汉字在计算机中则需要用 字节。
12．十进制数-34在计算机中用补码形式表示为 ，+12的补码表示为 。
13．数x的真值为-0.1011B，其原码表示为 ，补码表示为 。
14．八位定点整数，采用二进制补码表示时，所能表示真值的十进制数的范围是 。
15．一个16点阵的汉字字形需要用 字节来存放，而一个汉字在计算机中则需要用 字节。
16．在计算机内部汉字是以 来存放的，计算机与计算机之间进行汉字信息交换则使用 。 二、选择题
1．400个24×24点阵汉字的字形库存储容量是____ 。 A)28800个字节 B)0.23604M个二进制位 C)0.8K个字节 D)288个二进制位
2．在微型计算机中，应用最普遍的字符编码是 。 A)BCD码 B)ASCⅡ码 C)汉字编码 D)补码 3．8位定点原码整数10100011B的真值为 。 A).+0100011B B).-0100011B C).+1011101B D).-1011101B 4．采用补码运算的目的是为了＿＿＿＿。 A)加速运算 B)设计简单 C)节省设备 D)方便用户 5．汉字国标码将汉字分成 。 A)简化汉字和繁体汉字两个等级
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上篇 计算机原理
B)常用汉字、次常用汉字和罕见汉字三个等级 C)一级汉字、二级汉字和三级汉字共三个等级 D)一级汉字和二级汉字共两个等级
6．在国内流行的汉字系统中，一个汉字的机内码占 个字节。 A)1 B)2 C)3 D)4
7．把一个汉字表示为两个字节的二进制码，这种编码称为 码。 A)机内 B)五笔字型 C)拼音 D)ASCⅡ 8．计算机中存储数据的最小单位是 。 A)字节 B)位 C)字 D)KB
10．汉字国标码共有 个汉字。 A)7445 B)3755 C)6763 D)3008
11．一张360KB容量的软盘可以存储 的信息。 A)368640B B)360B C)360000B D)720B 12．下列数中最小的数是 。 A)（11011001）2 B)(75)10 C)（75）8 D)（2A7）16 13．800个24×24点阵汉字字型码占存储器的字节数为 。 A)72KB B)256KB C)57KB D)56.25KB
14．纯中文状态下输入的字符在显示器上占据 。 A)1个ASCII字符位置 B)2个ASCII字符位置 C)3个ASCII字符位置 D)4个ASCII字符位置 15．加工处理汉字信息时，使用汉字的 。 A)外码 B)字型码 C)机内码 D)国标码
16．一片1.44MB的软盘可以存储大约140万个 。 A)ASCII字符 B)中文字符 C)磁盘文件 D)子目录 17．计算机中把汉字字型数字化后形成了 。 A)外码 B)内码 C)字库 D)字形码
18．计算机内的数有浮点和定点两种表示方法。一个浮点法表示的数由两部分组成，即 。
A)指数和基数 B) 尾数和小数 C) 阶码和尾数 D) 整数和小数 三、判断题
1．计算机中可以表示也可以存储任何精度的数。 2．计算机中的数据可分为两大类即数值型和字符型。
3．ASCII码是一种字符编码，而汉字的各种输入方法也是一种字符编码。 4．只有负数有补码而正数无补码。
5．负数的补码就是原码逐位取反后的结果。 6．在原码及反码的表示方法中0的表示均是唯一的，即0只有一种表示形式。 7．用补码表示数据，无论X是正数还是负数，[X]补都是正数。 8．[X]补是一个正数还是一个负数，是根据[X]补的符号位是“0”还是“1”确定的。
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9．计算机用一个字节来存放一个ASCII码字符，而用两个字节来存放一个汉字，但其最高位均始终为0。
10．汉字的输出是通过汉字的机内码来输出的。 12．正数的原码、反码和补码是一致的。
13．在计算机中因为采用的均是二进制数，所以包括数的正负性也只能用二进制数来表示。
14．若用八位二进制数来表示一个有符号数，则表示的数的个数与范围均与表示一
15．用8位二进制数表示的最小无符号数为0，最大为256。
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上篇 计算机原理
第二章 计算机系统的组成
第一节 计算机系统的基本组成
本节要求
? 了解计算机的组成及基本工作原理
知识精讲
一个完整的计算机系统应包括硬件系统和软件系统两大部分，计算机硬件是指有形的物理设备，它是计算机系统中实际物理装置的总称，也称硬件设备，它是系统的基础和核心；计算机软件是指计算机上的各种程序、数据和文档，通常指操作系统、设计程序、汇编程序、编译程序、网络软件以及其它各种应用程序。不配备软件的计算机是没有任何价值的，但没有足够的硬件支持，软件也就无法正常地工作，在计算机技术的发展进程中，二者是相互依赖相互支持，缺一不可的。
计算机系统的基本组成：计算机硬件（裸机）包括外设及主机、计算机软件包括系统软件、支撑软件、应用软件 计算机系统组成如图２．１所示。
计算机系统
硬件 软件 主机 外设 系统软件 支撑软件 应用软件 中内输输外 央存入出存 处储设设储 器 备 备 器 理 器
计算机软件和硬件在逻辑功能上是等效的，即某些操作可以用软件，也可以用硬件实现，因此软、硬件之间没有固定不变的分界面，而是受实际应
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第二章 计算机系统的组成
用的需要以及系统性能价格比所支配。从使用人员来看，机器的速度、可靠性、可维护性是主要的硬件技术指标。具有相同功能的计算机系统，其软、硬件之间的功能可以有很大差异。在其早期，由于硬件昂贵，所以计算机的硬件简单，由软件完成更多的工作,但是随着组成计算机的基本元器件的发展，其价格不断下降，性能不断提高，因而硬件成本不断下降，与此同时，随着应用的不断发展，软件成本在计算机系统中所占的比例不断上升，这就造成了软、硬件之间的分界面的推移，即将某些由软件完成的工作交给了硬件去完成，同时还提高了计算机实际的运行速度。 二、 计算机的工作原理
自1954年冯·诺依曼提出，计算机已经历了四代，但目前的计算机体系依然采用冯·诺依曼思想，即存储程序和程序控制式工作原理，其思想是：程序和数据均存放在外存中，当用户启动存放在计算机内的程序后，由位于存储器内的程序去自动地控制计算机的运行。计算机按照程序中规定的次序与步骤逐条地执行该程序中的指令，处理存放在存储器内的数据，或由用户在运行时随机提供的数据，然后进行何种操作或运算，结果送到什么地址里去等步骤。控制器负责有序地取出一条条指令，并对它们进行分析、译码，依据指令要求，指挥有关部件去完成操作或运算。
目标程序 外存 内存
工作过程：
取指令、分析指令、执行指令
分析指令 取指令 执行指令 例题精解
1． 一个完整的计算机系统包括____。
A) 主机、键盘、显示器 B)计算机及其外部设备
C)系统软件与应用软件 D)计算机的硬件系统和软件系统 【答案】D
【解题指导】一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统组成的。计算机的硬件是一个物质基础，而计算机软件是使硬件功能得以充分发挥的不可缺少的一部分。因此，对于一个完整的计算机系统，这两者缺一不可。
2．计算机经历了从器件角度划分的四代发展历程，但从系统结构来看，至今为止绝大多数计算机仍是（ ）式计算机。
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上篇 计算机原理
A.实时处理 B.智能化 C.并行 D.冯·诺依曼 【答案】D
【解题指导】程序和数据存放在外存中，当用户运行某个程序后，由计算机先将其调入内存，由位于内存储器中的程序去自动地控制计算机的运行，这便是存储程序、程序控制式原理，该原理是由冯冯·诺依曼提出。 2． 计算机软件系统应包括____。
A) 管理软件和连接程序 B)数据库软件和编译软件 B) 程序和数据 D)系统软件和应用软件 答案:D
【解题指导】通常，我们可把计算机软件系统分为系统软件和应用软件两大类。系统软件包括操作系统、语言处理程序和各种工具软件；应用软件包括应用软件包和面向问题的应用程序。本题的编译软件、连接程序和管理软件属于系统软件范畴；数据库软件包括数据库管理系统和数据库应用系统，前者属于系统软件，后者属于应用软件。程序和数据可以属于系统软件，也可以属于应用软件。
第二节 计算机系统组成
本节要求
? 掌握计算机系统中各大部件的结构、作用及其相互关系
内容精讲
一、硬件系统
计算机无论其规模大小、性能高低，其硬件都由中央处理器（又称CPU）、存储器、输入设备、输出设备组成，而CPU一般由运算器和控制器组成。而CPU、主存、和总线又构成了计算机的主机，输入/输出设备和辅助存储器则统称为外部设备（或外围设备），简称外设。 计算机硬件组成如图2.2所示 输入设备 存储器 输出设备 控制器 运算器
计算机硬件组成如图2.2
表示数据流 表示控制流
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第二章 计算机系统的组成
1．中央处理器
又称CPU、MPU、μP，是计算机中能够按照各种指令的要求完成对数据进行运算处理的部件。它主要有控制器、运算器以及多个用于暂存运算结果的寄存器组成。将处理器的所有组成部分集成在一块半导体芯片上，则称为微处理器，一般用微处理器芯片的型号来表示计算机的性能，如Intel公司的486、PentiumII、PentiumMMX、PentiumIII、PentiumIV等都是计算机中广泛使用的微处理器、
2．存储器
存储器是计算机的记忆部件，它主要是用来按指定的地址写入或读出信息，存储器是存放计算机的操作步骤、初始数据、中间结果和最终结果，即用存放数据和程序的部件。存储器可分为内存储器（又称主存储器）和外存储器（也称辅助存储器）。
1)．主存
能随时与CPU直接相连且能直接与CPU交换数据的存储器称为主存储器，主存一般装在主机箱内。主存是计算机中的工作存储器，用来存放当前正在运行的程序和数据，计算机工作时，所执行的指令及操作也是从主存中取出的，处理的结果也存放在主存中。
主存由半导体器件构成，整个主存被分成许多存储单元，且每个存储单元从0开始依自然数编号，此编号即称为地址，每个存储单元存放一串二进制代码，通常字节是主存储器中信息的基本编址单位，即一个存储单元存放一个字节，主存的容量则为最大地址加1个字节。
CPU按地址去访问存储单元的操作分为写操作与读操作，写操作即CPU根据指定地址将信息存入某个特定的存储单元；而读操作则是CPU根据指定地址将信息从某个特定的存储单元中取出。从存储器中读出数据时并不破坏原来的内容，读出任意多次都不会使内容消失，但向存储器中写入新的数据时，则原来的内容被新内容替代，故数据可重复读出，多次利用，但写入一次就被更新。存储器的读写操作一般是以字或双字为单位来进行的，且一次读写的信息量由计算机的字长来决定，字长一般是字节的整数倍。
按照存取方式，内存储器可以分为两类：只读存储器ROM（Read Only Memory）和随机存储器RAM（Random Access Memory）。
ROM中的内容只能读出而不能写入，但优点是切断机器供电时信息不会丢失，所以ROM又称非易失性存储器，其中存放的是固定不变的程序和数据，如：微型机中的专用程序、监控程序或操作系统模块。
RAM则使用较为灵活，其中的内容既可以读出也可以写入，其缺点是切断机器供电时信息会丢失，一般CPU正在执行的程序和数据就存在RAM中。
2)．辅助存储器：
计算机中具有较大存储容量的是辅助存储器，通常为540MB~50GB，甚至更大，其主要采用磁表面存储器和光盘存储器来组成，前者可分为磁盘和
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上篇 计算机原理
磁带，磁盘又分为硬磁盘（即硬盘）和软磁盘（常称为软盘），其中软磁盘容量小存取速度慢，但携带方便；硬盘的存储容量大、存取速度较软盘快，是目前计算机系统中的主要外存储设备；光盘是利用激光技术来进行信息存取的一种存储设备，目前以只读方式工作的4.75英寸光盘（又称CD-ROM）其存储容量一般为650MB左右，其优点是容易携带，成本便宜。但所有的外存储介质必须借助于相应的驱动设备才可以进行信息的存取，而该部分的设备分别为硬盘驱动器、软盘驱动器、光盘驱动器。
计算机系统中一般采用一个层次式的存储体系结构，用以保证其性能/价格比的优化，通常存取速度越快的存储器成本越高，因此，一台计算机的存储体系主要有寄存器（CPU内部的小容量存储设备）、Cache、主存、辅存、海量存储器五部分组成，而这五部分又以寄存器的存取速度最快，海量存储器的存储容量为最大。
3)．输入/输出设备（简称I/O设备）
输入是把外部信息送入计算机系统的过程。输入设备则是能向计算机系统输入信息的设备，常见的有键盘、鼠标、扫描仪。
输出则是从计算机系统送出信息的过程，输出设备则是能从计算机系统输送出人可以直接识别的信息的设备，常见的有显示器、打印机、绘图仪等。输入/输出设备是计算机中运算速度最慢的部件。
二、计算机软件
1．软件的概念：软件是指使计算机运行所需要的各种程序、数据及其相关的文档资料。
2．软件的作用：是用户与计算机硬件之间的桥梁； 3．软件的分类及常见的软件
粗略地可分为：系统软件和应用软件。
系统软件泛指那些为整个计算机系统所配置的、不依赖于特定应用的通用软件。常见的有操作系统（如DOS、WINDOWS 9X、UNIX、LINUX等）、语言处理程序、数据库管理系统、实用程序与工具软件等。操作系统负责帮助用户管理计算机中的所有软、硬件资源，对相应的软硬件资源进行统一的控制、管理和调度等工作，其目标是提高系统的利用率，并为其它应用软件的应用提供一个友好的操作平台，其主要功能有处理器管理、存储管理、文件管理、作业管理。
应用软件则指用于解决各种不同具体应用问题的专门软件，常见的有通用应用软件有文字处理软件（如WPS、Word、Wordperfect 等）、电子表格处理软件（如Excel、Lotus-123等）、绘图软件（如Paintbrush、Photoshop、AutoCAD等）、网络通讯软件（如Foxmail、CC-mail、OutlookExpress等）、简报软件（如
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第二章 计算机系统的组成
Powerpoint、Showpartner等） 4．程序设计语言及其语言处理程序
计算机语言的种类非常的多，总的来说计算机语言可以分成机器语言、汇编语言和高级语言三大类。
人们要控制计算机一定要通过计算机语言向计算机发出命令即指令，而计算机程序则是计算机要执行的指令集合。
1）．机器语言
机器语言是计算机所能识别的唯一语言，它是仅由0和1构成的指令代码组成，它控制计算机的每一个步骤、每一次动作，但通常人们不采用机器语言，因为它非常难于记忆、识别和学习，效率低。
2）．汇编语言
汇编语言是一种符号语言，其实质和机器语言是相同的，都是直接对硬件操作，只不过指令采用了英文缩写的标识符，更容易识别和记忆，它同样需要编程者将每一步具体的操作用命令的形式写出来。汇编程序通常由三部分组成：指令、伪指令和宏指令。汇编程序的每一句指令只能对应实际操作过程中的一个很细微的动作，例如移动、自增，因此汇编源程序一般比较冗长、复杂、容易出错，而且用汇编语言编写的程序必须经过相应的汇编系统汇编后方可被计算机所识别，使用汇编语言编程需要有更多的计算机专业知识，但汇编语言的执行速度很快。
3）．高级语言
和汇编语言相比，高级语言不但将许多相关的机器指令合成为单条指令，并且去掉了与具体操作有关但与完成工作无关的细节，例如使用堆栈、寄存器等，这样就大大简化了程序中的指令。同时，由于省略了很多细节，编程者也就不需要有太多的专业知识。
高级语言主要是相对于汇编语言而言，它并不是特指某一种具体的语言，而是包括了很多编程语言，如FORTRAN、COBOL、PASCAL以及目前流行的Visual Basic、C/C＋＋、FoxPro、Delphi等，这些语言的语法、命令格式都各不相同。
4）．语言处理程序
用高级语言所编制的程序不能直接被计算机识别，必须经过转换才能被计算机执行，这就是语言处理程序的功能，那么，按转换方式不同可将它们分为两类:
(1)解释类：执行方式类似于我们日常生活中的“同声翻译”，应用程序源代码一边由相应语言的解释器“翻译”成目标代码(机器语言)，一边执行，因此效率比较低，而且不能生成可独立执行的可执行文件，应用程序不能脱离其解释器，但这种方式比较灵活，可以动态地调整、修改应用程序，典型的解释型的高级语言有QBASIC.
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上篇 计算机原理
(2)编译类：编译是指在源程序被执行之前，先将程序源代码“翻译”成目标代码(机器语言)，然后将目标代码再交给计算机执行，此类目标程序可以脱离其语言环境独立执行，使用比较方便、效率较高。但应用程序一旦需要修改，必须先修改源代码，再重新编译生成新的目标文件(＊ .OBJ)后才能执行，只有目标文件而没有源代码，修改很不方便。现在大多数的编程语言都是编译型的，例如Basic、Ｃ、Turbo C、Quick BASIC、Visual C＋＋、Visual Foxpro、Delphi等。
机器语言：0或1组成的代码，可认为是目标程序，难学、难编、易出错、不易读、可移植差
汇编语言：难编、易出错、通用性差（依赖于具体的机器 ）,源程序汇编后才可被执行。
高级语言：又称算法语言，面向过程并独立于硬件的通用语言，源程序编译或解释后才可被执行；
例题分析
选择题
1．微型计算机的运算器、控制器及内存储器的总称是____。 A)CPU B)ALU C)MPU D)主机 【答案】D
【解题指导】CPU是中央处理器的简称，包括MPU和ALU；MPU是微处理器的简称；ALU是算术逻辑单元的简称；CPU和内存储器的总称为主机，它是微型机核心部分。
2．“联想486微机”中的“486”指的是____。 A) CPU的型号 B)CPU的速度 C)内存的容量 D)运算器的速度 【答案】A
【解题指导】CPU的品质直接决定了微机的档次，在奔腾出现之前，微机名称中直接使用微机中的CPU型号，486机表示了它们使用的CPU芯片为80486。
3．在微型计算机中，微处理器的主要功能是进行____。 A）术逻辑运算及全机的控制 B）逻辑运算 C）算术逻辑运算 D）算术运算
【答案】A【解题指导】微处理器是计算机一切活动的核心，主要功能是实现算术逻辑运算及全机的控制。
4．微机唯一能够直接识别和处理的语言是____。
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第二章 计算机系统的组成
A)甚高级语言 B)高级语言 C)汇编语言 D)机器语言 【答案】D
【解题指导】计算机语言分为机器语言、汇编语言、高级语言和甚高级语言4代。甚高级语言是第四代语言，这是一种面向问题的语言，数据库语言属于这种语言。高级语言是面向过程的语言，属于第三代语言，包括Pascal、C、BASIC语言等。汇编语言是一种用字母和符号表示的面向机器的语言，是第二代语言。机器语言是以二进制代码表示的面向机器的语言，是第一代语言，也是微机唯一能够直接识别和处理的语言。 5．BASIC语言解释程序属于____。 A)应用软件 B)系统软件 C)编译程序的一种 D)汇编程序的一种 【答案】B
【解题指导】编译程序将源程序翻译成目标程序，然后计算机才能执行，每种高级语言应配有相应的编译程序。用汇编语言编写的源程序要经过汇编程序汇编成用机器语言表示的目标程序之后，计算机才能执行。BASIC语言解释程序是将用BASIC语言编写的源程序逐条解释并执行，不产生目标程序。以上3种程序均属于系统软件范畴。 6．操作系统的主要功能是____。
A)控制和管理计算机系统软硬件资源
B)对汇编语言、高级语言和甚高级语言程序进行翻译 C)管理用各种语言编写的源程序 D)管理数据库文件 【答案】A
【解题指导】操作系统是用户与计算机之间的接口，用户通过操作系统来控制和管理计算机系统的软硬件资源。对汇编语言、高级语言和甚高级语言程序进行翻译的程序称为语言处理程序；管理数据库文件使用的是数据库管理系统。
7．在微机中的“DOS”，从软件归类来看，应属于____。 A)应用软件 B)编辑系统 C）工具软件 D）编辑软件 【答案】D
【解题指导】软件分为系统软件和应用软件两大部分。本题中的工具软件和编辑软件应属于系统软件。“DOS”是磁盘操作系统的简称，用来管理微机的硬件和软件资源，属于系统软件。
复习巩固
一、填空题
1．计算机硬件由_______、_______、存储器、输入设备和输出设备五大部件
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上篇 计算机原理
组成。
2. 字长是计算机______次能处理的______进制位数。
3．计算机的主机部分是由＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿组成的。
4．软件通常分为_______和_______两大类，前者通常又分成______软件和______软件。 二、选择题
1．微机的诊断程序属于____。 A)管理软件 B)系统软件 C)编辑软件 D)应用软件
2．在下列软件中，不属于系统软件的是____。 A)操作系统 B)诊断程序 C)编译程序 D)用PASCAL编写的程序 3．某公司的财务管理软件属于____。 A)工具软件 B)系统软件 C)编辑软件 D)应用软件 4．计算机软件应包括____。 A)系统软件与应用软件 B)管理软件和应用软件 C)通用软件和专用软件 D)实用软件和编辑软件 5.一个字长的二进制位数是 A)8 B)16 C)32 D)随计算机系统而不同的 6.CPU主要由运算器与控制器组成，下列说法中正确的是
A)运算器主要负责分析指令，并根据指令要求作相应的运算 B)控制器主要完成对数据的运算，包括算术运算和逻辑运算 C)控制器主要负责分析指令，并根据指令要求作相应的运算 D)控制器直接控制计算机系统的输入与输出操作
7．微型计算机硬件系统主要包括存储器、输入设备、输出设备和____。A)中央处理器 B)运算器 C)控制器 D)主机
8．下列可选项，都是硬件的是____。 A）Windows、ROM和CPU B)WPS、RAM和显示器 C)ROM、RAM和Pascal D)硬盘、光驱和软驱
9．通常，在微机中所指的80486是____。 A)微机名称 B)微处理器型号 C)产品型号 D)主频
10．一个字节的二进制位数是____。 A)2 B)4 C)8 D)16
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第二章 计算机系统的组成
11．在微机中，bit的中文含义是____。 A)二进制位 B)字节 C)字 D)双字
13.主机中包括主板、多功能卡、硬盘驱动器、开关电源、扬声器、显示卡和 。
A)显示器 B)键盘 C)鼠标 D)软盘驱动器
14. 在计算机内存中，每个基本存储单元都被赋予一个唯一的序号，这个序号称为 。 A)字节 B)编号 C)编码 D)地址
15. 目前使用的“奔腾”型微机采用的逻辑器件属于 。 A）电子管 B）晶体管 C）集成电路 D）超大规模集成电路 16. 在计算机存储器的术语中，一个“Byte”包含8个 。 A)字母 B)字长 C)字节 D)比特
17. 组成微型计算机“主机”的两个主要部件是微处理器和 。 A)硬盘 B)软盘 C)光盘 D)内存储器 18. 计算机辅助设计的英文缩写是 。 A)CAM B)CAI C)CAD D)CAT
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上篇 计算机原理
第三章CPU、指令系统、总线系统
第一节 CPU
本节要求
? 了解CPU各组成部分的功能 ? 了解一些典型的CPU技术
知识精讲
一、CPU的功能及组成 1．CPU的功能
? 进行算术逻辑运算 ? 可接收和发送数据 ? 可暂存少量数据 ? 提供控制信号 ? 对指令进行译码 2．CPU的组成
在计算机中，中央处理器是由运算器、控制器及寄存器组成，简称ＣＰＵ；在微机中，用大规模集成电路工艺将控制器和运算器集成在一块芯片上，又称作微处理器，简称MPU或μP，内存储器与CPU常做在一个箱体中，也称作主机，其余设备通过电缆、接口电路与主机相连，称为外部设备。 1）运算器
运算器是对数据进行运算和操作的部件，运算器能根据指令功能对数据进行加、减、乘、除等基本算术运算以及各种逻辑运算。运算所需的数据由内存储器或其它存储设备提供，运算后结果既可以暂存于寄存器中，也可以送回存储器保存。
运算器主要包含以下部分：
①算术逻辑单元(ALU)：主要完成算术运算（加、减、乘、除）以及各种逻辑运算（与、或、非、异或等）。由于算术逻辑单元具有移位及传递功能，因此还能实现各种逻辑操作如比较和各种移位运算。
②累加寄存器：又称累加器，负责向CPU提供操作数，又接收ALU的运算结果，所以累加器主要完成累加操作，同时存放运算结果或暂存运算的中间结果。
③通用寄存器：相当于RAM，用来存放参与运算的数据、中间结果或地址，它们一般均可作为寄存器来使用。CPU内部有了这些寄存器之后，可避免频繁地访问存储器，缩短了指令的长度和指令执行时间，提高机器的运行速度。
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第三章CPU、指令系统、总线系统
④标志寄存器：存放运算结果的特征，如进位标志、溢出标志，标志寄存器随机器的不同而有不同的用法和规定。
⑤定时与控制逻辑：负责对全机进行控制，包括从存储器中取指令、分析指令（指令译码）、确定指令操作和操作数地址，取操作数、执行指令规定的操作，同时向其它部件发出相应的控制信号，使CPU内、外各部件间协调工作。
运算器的运算速度是衡量一台计算机性能好坏的重要指标，常以每秒执行加法指令的条数作为衡量速度的标准，即（MIPS）。 2）控制器
控制器是计算机的指挥中心，它负责指挥和控制其它各部件使之有条不紊地进行工作。主要由程序计数器(或称指令计数)、指令寄存器、指令译码器以及时序发生器、微程序控制器等组成。其作用如下： ①程序计数器（PC）：用于指示程序执行的顺序，存放后继指令的地址； 程序计数器用于存放从内存中取出的指令地址，或以PC内容为基准计算下一个指令的存放地址。当程序顺序执行时，每当取出一条指令后，PC内容自动增加一个值，以指向下一条要取的指令，当程序出现转移时，则先将转移地址送入PC，然后由PC指向新的程序地址； ②指令寄存器（IR）：用来寄存当前要执行的指令； ③指令译码器（ID）：对IR中的指令进行分析，确定指令类型、指令要完成的操作以及操作数和运算结果的存放地址。
④时序发生器：用于产生一定的时序脉冲和节拍电位来控制计算机按节拍有时序地工作。
二、典型的CPU技术 1．RISC技术：
精简指令系统计算机RISC，其实质是尽量简化指令系统，即尽量使用寄存器指令，指令操作尽量在一个周期内完成，指令格式尽量一致。 2．流水线(pipeline) 技术：
流水线术是InteI首次在486芯片中开始使用的。在CPU中由5~6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成5~6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高CPU的运算速度。 3．超流水线(Superpiplined)
超流水线是指CPU内部的流水线超过通常的5~6步以上，例如Pentium pro的流水线就长达14步。将流水线设计的步(级)数越多，其完成一条指令的速度越快，因此才能适应工作主频更高的CPU。这一点我们可以用日常事例来说明，比如栽树时由5个人同时栽10棵(一人两棵)所完成的速度当然没有10人同时栽(一人一棵)所完成的速度快。 4．超标量技术(Superscalar)
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上篇 计算机原理
超标量是指在CPU中有一条以上的流水线，并且每个时钟周期内可以完成一条以上的指令。
5．乱序执行技术(Out-Of-Orderexecution)
乱序执行是指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术，也有叫错序执行技术。采用乱序执行技术的目的是为了使CPU内部电路满负荷运转并相应提高了CPU的运行程序的速度。
6．MMX技术
是多媒体扩展指令的意思，MMX只有整数运算指令，在常见的多媒体应用中，整数运算密集的应用有图像处理、视频音频等。 7．倍频技术：
1991年Intel在其推出的486DX2中首次采用了倍频技术，它的核心思想是使CPU内部运行速度为外部时钟的两倍，而在此之前，CPU的工作频率和系统的总线频率是相同的，这种技术广泛应用于此后的CPU中。可以用一个等式表示CPU的工作频率即
内频=外频（总线频率）×倍频数
因此可以通过提高系统总线频率或提高倍频数的方法实现超频的目的。
例题分析
选择题
1．CPU中有一个程序计数器，它用于存储__________。 A）正在执行的指令内容 B）下一条要执行的指令内容 C）正在执行的指令的内存地址 D）下一条要执行的指令的内存地址 【答案】D
【解题指导】CPU要执行的程序存放于内存中，而程序计数器又称指令寄存器,它处于CPU内部主要用于存下一条要执行的指令的内存地址。 2． 的核心思想是使CPU内部运行速度为外部时钟的两倍。 A）倍频技术 B）超标量技术 C）流水线 D）RISC技术
【答案】A
【解题指导】在Intel推出486DX2之前，CPU的工作频率和系统的总线频率是相同的，而在486DX2中首次采用了倍频技术，它的核心思想是使CPU内部运行速度为外部时钟的两倍。 判断题
1．CPU使用流水线技术的目的是为了提高CPU的运算速度。 【答案】对
【解题指导】流水线技术就是将一条指令分成5~6步后再由电路单元分别执行，目的是在一个CPU时钟周期完成一条指令，从而提高CPU的运算速度。
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第三章CPU、指令系统、总线系统
2．CPU中的有一个标志寄存器是专门用于存放运算结果的特征位。 【答案】对
【解题指导】在CPU中有一组通用寄存器和一个标志寄存器，通用寄器用来存放参与运算的数据、中间结果或地址，而标志寄存器则用于存放运算结果的特征，如进位标志、溢出标志等。
3．CPU只具有对数据进行运算的功能但不具备对数据的存储功能。 【答案】错
【解题指导】CPU由运算器、控制器和寄存器等组成，运算器进行数值运算及逻辑运算，寄存器则负责对数据进行暂存。
复习巩固
一、填空题
１．CPU的功能有___________、___________和提供控制信号及对指令进行解码。
２．在计算机中，中央处理器又简称___________，它由运算器、_________及__________组成。
3．___________与___________常做在一个箱体中，也称作主机。
4．运算器是对数据进行运算和操作的部件，即可进行_________、_________运算。
5．ALU是___________的缩写。
6．CPU中的累加器负责向CPU提供操作数并接收ALU的运算结果，所以累加器主要完成___________操作，同时存放___________或中间结果。
7．控制器主要由__________、__________、指令译码器以及时序发生器、微程序控制器等组成。
8．CPU中的 可以控制计算机的执行顺序。 二、选择题
1．ALU是指___________。 A）寄存器 B）算术逻辑单元 C）中央处理器 D）只读存储器 2．以下对累加器的描述中不正确的是___________。 A) 可用于暂存运算的中间结果。 B）完成累加操作 C）可以存放运算结果 D）以上三者都不对
3．下列关于计算机的工作原理是叙述不正确的是_____________。 A）大多数计算机虽然结构不同但都是基于冯·诺依曼工作原理。 B）计算机的工作原理都遵循存储程序、程序控制式原理。
C）计算机进行程序执行归根结底是取指令、分析指令、执行指令的过程。 D）大型机与微型机的工作原理不同是因为大型机的功能强，微型机的功能弱。
4．内存中每个存储单元都被赋于一个唯一的序号，这个序号被称为
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上篇 计算机原理
_________。 A）地址 B）字节 C）编号 D）容量 5．计算机中不能直接与CPU交换数据的是____________。 A） Cache B)主存 C）外存 D）寄存器
6．使用 技术，可以使快速的处理器与慢速的系统总线相协调。 A）时钟倍频 B）流水线 C）精简指令集 D）超频 7．ＰentinumII是Intel公司的 产品。 A）硬盘 B）处理器 C）接口 D）显示器
8．流水线(pipeline) 技术是InteI首次在 芯片中开始使用的。 A）286 B）386 C）486 D）Pentium 9．衡量运算器的运算速度的重要指标是 。 A）MBPS B）BIPS C）MIPS D）FMPS
10．CPU内部有一组寄存器，增加内部寄存器的目的不包括 。 A）可避免频繁地访问存储器 B）缩短了指令的长度和指令执行时间 C）提高机器的运行速度 D）减少了CPU的取指次数
11． CPU允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术称为CPU的 技术。 A）超标量技术 B）MMX C）乱序执行技术 D）RISC技术
三、判断题
1．ALU具有算术运算和逻辑运算的功能，但不能进行移位运算。 2．比较运算属于逻辑运算。
3．累加器主要完成累加操作但不可以存放运算结果或中间结果。 4．累加器可以存放运算结果或暂存运算的中间结果。
5．CPU中的通用寄存器组可用于存放参与运算的数据、中间结果或地址。 6．CPU有了内部的通用寄存器组，可以提高机器的运行速度。
7．CPU内部的标志寄存器主要用于存放运算的类型，如加法或减法等。 8．CPU内部的标志寄存器主要用于存放运算结果的特征，如进位标志、溢出标志等。
9．CPU内部的标志寄存器随机器的不同而有不同的用法和规定。 10．运算器的运算速度是衡量一台计算机性能好坏的重要指标。 11．程序计数器用于存放从内存中取出的指令的地址。
12．当程序顺序执行时，每取出一条指令后，ID的内容会自动增加一个值，以指向下一条要取的指令。
13．PC的值可以指示程序执行的顺序，它主要用来存放后继指令的地址. 14．指令寄存器用来寄存当前要执行的指令地址。
15．80286具有两种工作方式，即实地址方式和保护虚地址方式。
16．80486SX中首次采用了时钟倍频技术，使快速的处理器与慢速的系统总
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第三章CPU、指令系统、总线系统
线相协调。
17．Pentinum处理器的数据总线为128位，因此CPU的处理速度很快。
第二节 指令系统
本节要求
? 了解指令的基本格式 ? 了解指令的分类和功能
知识精讲
一、指令系统
1．指令的基本格式
操作码 操作数 操作码：指明操作的性质，即表明该指令应进行什么性质的操作，操作码的位数决定了指令系统中指令的多少。
操作数：指明完成操作所需要的操作数的地址，其位数决定了能够直接访问的内存空间的大小。根据地址码部分所给出的地址的个数可将指令分为：零地址指令、一地址指令、二地址指令、三地址指令等。 零地址指令为没有操作地址的指令。 2．指令长度
指令长度与机器字长之间，没有固定的关系，一般为字节的整数倍。使用多字长指令，能提供较大的寻址空间或较丰富的指令系统，但从内存取指令时要多次访问内存，从而降低CPU的运算速度。 3．寻址方式
指令中如何提供操作数或操作数地址称为指令的寻址方式或编址方式。指令的寻址方式与操作数可存放的位置与存储器的结构有关，操作数可存放在寄存器中、主存储器、堆栈或外围设备中。
寄存器：若操作数或操作数地址放在CPU中的寄存器里，指令中只需给出寄存器号即可，此时称为寄存器寻址，其指令执行的速度也是最快的；
主存储器：若操作数或操作数地址放在主存中，则应给出相应的存储单元地址,访问主存时,每次访问一个编址单元。存储单元编址有两种方式，按字节编址的按字编址，按字节编址则每个单元存入一个字节,按字编址则每个编址单元址放一个字长。
堆栈：是主存中的一个区域或一组寄存器，按先进后出的原则来存取操作数或操作数地址。
外围设备：主机可通过外围接口中的相关寄存器完成I/O传送，而接口中的寄存器可采用与主存统一编址方式或采用独立编址方式，指令中只要给出
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上篇 计算机原理
寄存器的地址即可
常用的寻址方式
立即数寻址：指令中直接给出操作数。
寄存器寻址：指令中给出的是操作数所存放的寄存器。 直接寻址：指令中给出的是操作数所存放的内存地址。
间接寻址：指令中给出的是存放操作数地址的存储单元地址。 除此之外还有变址寻址、基址变址寻址等。 二、指令的分类及功能
不同机器的指令系统各不相同，从功能来分，一般有数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、程序控制指令又称转移指令、输入输出指令及系统控制指令等。
1． 数据传送指令：用于实现数据在寄存器与内存之间中的传送，以使
CPU能进行快速的运算。
2．算术运算指令：用于进行算术运算，一般可以以字或字节为单位进行加、减、乘、除四种基本运算。带符号数之间进行运算时采用补码。 3．逻辑运算指令：主要包括逻辑运算和移位运算指令。
4．程序控制指令：用于控制程序的执行顺序，如转移指令等。 5．输入输出指令：用于通过I/O设备读写I/O接口中的数据。 6．系统控制指令：用于控制系统的启停如HLT。
例题分析
选择题
1. 规定计算类型及操作数地址是指挥计算机进行基本操作的命令 A）指令 B）程序 C）微操作 D）宏命令 【答案】A
【解题指导】指令是指挥计算机进行基本操作的命令，而程序是由相应的指令组成的，宏命令是汇编语言中的一种命令，微操作是微程序中一个概念。 2．下列说法中正确的是 。 A） 所有微机的指令系统是相同的
B）不同型号的计算机其指令系统是不同的 C）指令周期即是指执行一条指令的时间 D）指令周期也是时钟周期 【答案】B
【解题指导】指令周期是指从取指令、分析指令到执行完指令所需的全部时间，不同计算机其指令系统不一定相同，一个指令周期可以包含多个时钟周期。
复习巩固
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第三章CPU、指令系统、总线系统
一、填空题
1．指令由__________和__________两部分组成。
2．指令中的__________指明完成操作所需要的操作数的地址。
3．根据地址码部分所给出的地址的个数可将指令分为__________、__________、二地址指令、三地址指令等。
4．指令的寻址方式与操作数可存放的位置及存储器的结构有关，操作数一般可存放在___________、__________、堆栈或外围设备中。
5．微机系统中的指令常用的寻址方式有立即数寻址、_________、_________、间接寻址和变址寻址等几种方式。 6．从功能上来分，指令一般可分为___________、算术运算指令、___________、程序控制指令又称___________、输入输出指令及系统控制指令等。
7．中央处理器中，指令计数器产生和存放下一条被执行的指令地址，而_________存放当前正在执行的指令。（用中文表示）
8．微处理中时钟每秒钟内发出的时钟脉冲数为__________。 9．单地址指令格式是由__________组成。
10．从功能来分，指令可分为 、 、逻辑运算指令、 和输入输出指令及系统控制指令。 二、选择题
1．CPU中的指令译码器的缩写为___________。 A）ID B）IR C）PC D）IP
2．___________的值可以指示程序执行的顺序，它主要用来存放后继指令地址；
A）ID B）IR C）PC D）IP
3．内存中的内容是由CPU根据指令中的___________来访问的。 A）内存单元的长度 B）内存单元的地址 C）内存单元的名字 D）以上三者均可以 4．指令周期是指__________。 A）取出一条指令的时间 B）分析一条指令所花的时间 C）执行一条指令的时间 D）从取指令、分析指令到执行完指令所需的全部时间。
5．下列关于指令的长度与执行速度之间的关系中描术不正确的是 。 A）指令长度与指令执行时间无关 B）指令越长则执行时间越短
C）指令越长则指令执行时间也越长
D）指令系统中的指令长度是一定，故其所有指令的执行时间也相同 6．下列有关指令的描述正确的是___________。 A)指令是用户发给计算机的工作命令
B)一条指令就是高级语言源程序中的一条语句
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上篇 计算机原理
C)指令是操作系统所发出的一个能让硬件工作的命令 D)指令是计算机能直接识别和执行的命令 三、判断题
1．CPU即可以进行运算，也负责对全机进行控制，包括从存储器中取指令、分析指令和执行指令。
2．分析指令又称指令译码，也就是确定指令的操作性质。 3．指令中必须包含对指令的寻址方式。 4．指令长度就是机器的字长。
5．指令的长度一般为字节的整数倍。
6．指令的长度越长，能提供的寻址空间也越大。
7．堆栈是主存中的一个区域或一组寄存器，其特点是先进先出。 8．不同机器其指令系统各不相同。
9．精简指令系统计算机RISC也称RISC技术，其实质是尽量简化指令系统，尽量使用寄存器指令，指令操作尽量在一个周期内完成，指令格式尽量一致。 10．一条指令的执行过程分为取指过程和执行过程。
11．从存储器读出一个数据或将一个数据写入存储器的时间称为指令周期。 12，指令长度越长则CPU从内存取指令所需要的时间也越短。
13．指令的寻址方式与操作数可存放的位置与存储器的结构有关，若存放在CPU的内部寄存器中，则指令的执行时间比存放在外设中的时间要快。 14．外设与内存可以统一编址也可以独立编址。 15．不同计算机的指令系统不一定不同。
第三节 总线系统
本节要求
? 掌握总线的概念
? 了解微机中常见的总线结构
知识精讲
一、总线系统 1．总线
总线是一组信号线，就其功能而言是计算机各模块之间进行信息传输的通道。 2．分类
按照数据传送方式分 并行总线和串行总线
按总线所传送的信息类型分 数据总线、地址总线、控制总线。
? 数据总线：是外部设备和总线主控设备之间进行数据传送的数据通道，
数据总线是双向并行传送的。通常用D0~Dn表示数据位的序号，序号和数据的位权是一致的，Ｄ7的位权是7，如果D7=1，这位数的权值是27
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第三章CPU、指令系统、总线系统
即代表十进制数的128，N则代表数据总线的宽度，表示总线传输数据的能力，即一次访问存储器或外设能传送的数据位数。
? 地址总线：是外部设备与主控设备之间传送地址信息的通道，地址信息
是单向并行传送的。通常用A0~An表示，地址总线的宽度，表明了该总线的寻址范围。在微机中，能够直接寻址的的地址单元数M是地址总线包含的地址线条数N成指数关系即M=2N。如PC/XT总线有16位地址线，则该总线构成的计算机系统所具有的寻址空间大小为216=64MB，又如PCI总线有32条地址线，则寻址能力达到232=4GB。有些计算机将I/O端口地址与内存地址统一编址，从中划出一部分作为I/O端口地址，这些外设的I/O端口地址也由这些总线传送。
? 控制总线：是专供各种控制信号使用的传递通道，总线操作各项功能都
是由控制总线完成的。控制总线信号是总线信号中种类最多、变化最大、功能最强的信号，也是最能体现总线特色的信号。控制总线中每一条传递一种控制信号，故是单向传送的。
按照总线的使用范围和功能分 片内总线、片外总线、系统总线、通信总线。
? 片内总线：用来连接各功能单元的信息通路，它是ALU寄存器和控
制器之间的信息通路。
? 片外总线：指在电路板上连接各插件的公共通路，如主板的局部总
线。
? 系统总线：同一台计算机系统中各部件之间的连接总线。
? 通信总线：系统与其他设备之间或系统之间的通信总线。这种总线
的数据传送方式或以是并行的或串行的，数据传送速率比系统总线低，如串行通信的 RS-232-C总线，用于硬盘接口的IDE、SCSI等。
二、 常见总线结构
1．单总线结构：一条系统总线将各个部件连接起来。
2．双总线结构：在单总线结构的基础上，又在CPU和主存之间专门架设了一组高速的存储总线。在此种总线结构中，因CPU可通过存储总线访问主存，故减轻了系统总线的负担，同时加大了信息传送的吞吐量；另一方面在这种结构中，主存与外设之间可通过系统总线传送信息，不必经过CPU，因此可提高CPU的工作效率。
2． 三总线结构：在双总线结构的基础上增加了I/O总线。在这种总线结
构中，I/O总线是外设与通道之间的数据传送的公共通路，因为三总线结构中采用了通道或IOP（输入/ 输出处理机），它减轻了CPU对数据的I/O控制，使整个系统的效率得到很大的提高。如图1.4所示。
图1.4 三总线结构
系统总线
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上篇 计算机原理
存储总线 内存 IOP CPU I/O总线 I/O接口 I/O接口 三、 常见的总线 1．系统总线
S-100：并行总线，以8080为基础设计的，16条数据线、16条地址线 STD：一种可靠的工业标准微机总线。
Multi Bus：是一种支持并行多处理能力的计算机系统总线，适合多任务的分布式处理或多机备份，它也是多种总线的集合，即由系统总线、局部总线等组成，它既支持8位数据总线也支持16位数据总线。 2．局部总线
表１.1 常用局部总线性能比较 种类 特点 数据总线宽度 时钟频率 16位 高速、高效 VESA 133Mbps 32位 支持高速视频控制器和LAN卡 6４位 支持多个外部设备 32位 PCI 与CPU的时钟频率同步 132Ｍbps~246Mbps 64位 与ISA、EISA、VESA总线兼容 支持多处理器结构 EISA 33Mbps 32位 I/O扩展能力和负载能力强 3．通信总线 SCSI：（Small Computer System Interface），是一个小型计算机系统通用接
口，既支持多任务处理、又支持同步数据和异步数据传输。它用于计算机与磁带机、软/ 硬盘、CD-ROM、可重写光盘等外部设备的连接。
IDE：是一种硬盘接口标准，这种接口只支持硬盘驱动器。
例题分析
选择题
1．下列4项叙述中，正确的一条是 。
A）假若CPU向外输出20位地址，则它能直接访问的存储空间可达1MB B）PC机在使用过程中突然断电，SRAM中存储的内容一定会丢失； C）PC机在使用过程中突然断电，DRAM中存储的内容一定会丢失； D）外存储器中的信息可以直接被CPU处理。
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第三章CPU、指令系统、总线系统
【答案】A
【解题指导】无论是SRAM还是DRAM它们仍属于RAM，在机器断电后信息会丢失；外存的内容一定要先调入计算机后才可以被CPU执行，而20位的地址，其最大地址为220-1，按字节编址，一个内存地址存放一个字节的信息，所以CPU能直接访问的存储空间可达1MB。 2．PCI是一种 。 A）通信总线 B）局部总线 C）片内总线 D）显示卡 【答案】B
【解题指导】PCI总线是一个高性能的局部总线，它支持多个外部设备，与CPU的时钟频率同步，其数据总线宽度为32位可升级到64位。 3． 不是局部总线。 A）VESA B）SCSI C）PCI D）ISA 【答案】B
【解题指导】VESA、PCI总线是32位的局部总线，ISA是16位的局部总线，SCSI是一个通用接口，也是一种通信总线标准，它可以连接多种外设如与磁带机、软/ 硬盘、CD-ROM、可重写光盘等。
4．有一台计算机地址线20根，若将I/O端口地址与内存地址采用统一编址的方法，则下列说法中不正确的是 。 A）内存可寻址的空间大小是1MB B）内存可寻址的空间大于1MB
C）内存可寻址的空间小于1MB D）不影响内存的寻址空间的大小
【答案】C
【解题指导】若将I/O端口地址与内存地址采用统一编址的方法，则需要从地址空间中划出一部分作为I/O端口地址，因此其内存的寻址空间大小会比实际的地址空间1MB要小。
5．某一微机系统的数据总线为16位，用D0~D15表示，若数据总线上传送的数据中D5位上的数为1，则该位的位权是 。 A)5 B)1 C) 2 D) 25 【答案】D
【解题指导】数据总线为16位，用D0~D15表示,其最低位为D0最高位为D15 ， 每一位Di上的权值与其序号成指数关系即Di位的位权为2i。 判断题
1．采用单总线结构的计算机其CPU的运算速度较双总线慢。 【答案】对
【解题指导】在双总线结构中CPU可通过存储总线访问主存，且主存与外设之间不必经过CPU而通过系统总线传送信息，所CPU的工作效率有很大提高，而单总线结构中，所有的操作均由CPU通过系统总线来进行，故CPU的处理
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上篇 计算机原理
速度比双总线结构慢。
2．控制总线的个数基本上表示了该系统的总线功能。 【答案】对
【解题指导】控制总线的每一条只传递一种控制信号，所以控制总线的个数与控制信号的个数有关，控制总线的个数也是最多的，故通过控制总线可以反映一个总线系统的功能。
复习巩固
一、填空题
1．按照数据传送方式可将总线分为___________和___________。 2．在计算机各部件中有两种信息流（按其性质），它们分别是_________、_______________。
3．常见的总线结构有___________、________和___________。
4．按总线所传送的信息类型分___________、________和___________。 5． 表示总线传输数据的能力，即一次访问存储器或外设能传送的数据位数。
6． 表明了该总线的寻址范围。
7．按照总线的使用范围和功能来划分可将总线分___________、________和___________、通信总线。
8．通信总线是系统与其他设备之间或系统之间的总线，它可以以 方式进行，但数据传输速率会低一些，也可以采用 方式进行数据传输。
9．SCSI是中文含义是 。 二、选择题
1．按总线所传送的信息类型可将总线分为： 。 A)并行总线、串行总线、并串总线 B)字总线、位总线、字节总线 C)数据总线、地址总线、控制总线 D)内总线、外总线、局部总线
2．________不是微机中常用的局部总线。 A）PCI B）ISA C）VESA D）IDE 3．IDE是一种 接口标准。 A）光盘 B）硬盘 C）软盘 D）网卡 4．下列不是32位局部总线的是 。 A）VESA B）ISA C）PCI D）EISA 5．下列关于SCSI的说法正确的是 。 A）支持多任务处理 B）支持同步数据传输 C）异步数据传输 D）不支持与硬盘的连接
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第三章CPU、指令系统、总线系统
6．一台有24位地址线的计算机其寻址空间大小为 。 A）2MB B）1MB C）640KB D）1GB 7．同一台计算机系统中各部件之间的连接总线称为 。 A）片外总线 B）系统总线 C）通信总线 D）片内总线 三、判断题
1．数据总线的宽度与机器的字长相等。 2．数据总线越宽，而机器的速度也越高。
3．地址总线与数据总线均是并行双向传送的，而控制总线是单向传递递的。 4．数据总线的宽度能表示内存可寻址的范围。 5．CPU一次访问存储器或外设能传送的数据位数是指计算机的数据总线的宽度。
6．PCI是一种常见的局部总线。 7．SCSI是一种常用的通信总线。
8．地址总线采用并行双向传送地址代码，用来对内存和I/O端口寻址。 9．IDE是一种只能连接光盘驱动器的接口。
10．控制总线信号是总线信号中种类最多、变化最大、功能最强的信号。 11．片内总线是ALU寄存器和控制器之间的信息通路。
12．采用双总线结构中在CPU和主存之间、CPU与外存之间各有一条总线进行数据传送。
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上篇 计算机原理
第四章 存储系统
本节要求
? 了解存储器的分级结构
? 掌握存储器的分类和技术指标 ? 掌握随机读写存储器的工作特征
知识精讲
一、存储系统的层次结构
所谓存储系统的层次结构就是将不同容量、不同速度、不同价格的存储器有机结合起来，形成一个存储系统，该系统可为用户提供足够大的存储容量和较快的存取速度。图4.1是典型的三级存储体系结构，分为“高速缓冲存储器（Cache）-主存-外存”三个层次。
小 快 高 CPU
容量 速度 每位价格
Cache
主存
辅存
大 慢 低 图4.1典型的三级存储系统结构
1．主存-辅助层次
主存中存放的是当前执行的程序及所需数据，可供CPU直接访问。而外存中存放的是暂时不用的程序及数据。当CPU需要执行外存的某一程序时，因为CPU不能直接访问外存，所以首先将该程序由外存调入主存，然后再执行之。外存的内容调入主存或将主存的基本内容写入外存，这个工作是在辅助软件及硬件的控制下实现的。主存-辅存构成的存储层次如图4.2所示，这个层次具有接近于主存的存取速度，又有辅存的容量及接近于辅存的每位价格，较好地解决了大容量和低成本的矛盾。 2．主存-Cache层次
早期计算机主存存取速度与CPU的速度非常接近，随着电子技术的迅速
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第四章 存储系统
发展，主存存取速度与CPU的速度差距加大，为了弥补主存速度的不足，使之与CPU的速度相匹配，则在CPU和主存之间增设一个容量不大、速度很高的“高速缓冲存储器”，简称高速缓存或Cache。从而形成了主存-Cache层次，如图4.3所示，这个层次具有接近于Cache的速度、主存的容量和接近于主存的每位价格，较好的解决了速度与价格之间的矛盾。 辅助软件及硬件 CPU 主存 辅存
图4.2 主存-辅存层次 辅助硬件
CPU Cache 主存 辅存
图4.3 主存-Cache层次
3．高速缓冲存储器(Cache)
Cache是用来存放当前最活跃的程序和数据，作为主存某些局部域的副本。因为编程时指令地址的分布基本上连续，对循环程序和子程序段的执行往往要重复多次，所以在一个较短的时间间隔内，对局部范围的存储器访问频繁，而对此范围以外的地址访问甚少，这种现象被称为程序的局部性。我们将这一局部范围的内容从主存复制到Cache中，使CPU直接高速地从Cache中读取程序与数据，速度比访问比主存提高了5~10倍。
在新型微机中的存储器体系结构呈金字塔结构又称五级存储体系结构，如图4.4越往上存储器的速度越快，CPU访问频率也越高，同时单位存储容量的价格也越高，系统的拥有量越小。CPU中的内部寄存器位于该塔的顶端，它有最快的存取速度、最小的存储容量、数量也最小，位于塔底的存储设备，其容量最大、单位存储容量的价格最低、速度最慢。
寄存器 cache 主存 辅存 海量存储器 图2.4 五级存储体系结构
二、存储器的分类
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上篇 计算机原理
按存储介质分
磁芯存储器 双极型RAM
随机存储器 静态RAM (RAM) MOS型RAM
动态RAM 半导体存储器 掩膜式ROM 存储器 可编程PROM
只读存储器 可擦除PROM (ROM) 电擦除PROM 闪存ROM 磁表面存储器：如磁盘、磁带、磁卡等 光盘存储器 其它存储器
按存取方式分
随机存储器（RAM）：如主存、Cache 只读存储器（ROM）：如主存 存储器 顺序储存器（SAM）：如磁带 直接存取存储器（DAM）：如磁盘
表2.1 两种半导体存储器的比较
类型 特点 读写限制 存储内容 只读存储掉电后信息只能读出不固化的程序 器ROM 不会丢失 能写入 随机存取掉电后信息CPU工作时的程序和可以随机写存储器将丢失 数据 入或读出 RAM 表2.2 几种只读存储器的性能比较 分类 简称 特点 读写操作 掩膜式Mask ROM 出厂时信号已固化其中 不可改动 ROM 可编程PROM 用户进行一次性编程 不可改动 ROM 可擦除EPROM 可用紫外光擦除 可多次编程和擦除 PROM 以字节为单位、可直接电擦除E2PROM 可擦除和改写 PROM 在机内带电进行 闪速FLASHRO可实现大规模电擦除、可擦除和改写 M ROM 可清除其中所有内容
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第四章 存储系统
三、主存储器的性能指标
1．存储容量：指存储器所能容纳的二进制信息量，多以字节为单位来衡量。 2．存取周期：是指存储器进行两次连续的独立读或写操作之间所需间隔的最短时间。
存取周期是衡量主存储器工作速度的重要指标，对同一种存储器，存储容量越大，存取周期越长。
3．存取时间：又称读写时间，指从启动一次存储器读或写操作到完成该操作所需的时间。
四、随机读写存储器的工作特征
随机读写存储器（RAM）主要用于存储CPU工作时的程序和数据，需要执行的程序或需要处理的数据一般都必须先装入RAM才能工作，关机后RAM中的存储内容将消失。微机中的RAM一般集成在一个长方形的小片上，即常说的“内存条”，它一般插在主机的系统板上。 RAM根据内部电路及外特性的区别又可分为
静态RAM（Static RAM）简称SRAM 动态RAM（Dynamic RAM）简称DRAM
非易失RAM（Non Volatic RAM）简称NVRAM。
SRAM的存贮单位电路是以双稳态电路作为基础，因此状态稳定，没有触发状态不会改变，所以静态RAM所存信息只要不掉电，信息就不会丢失。但电路较复杂，集成度较动态RAM低，位价格较动态存贮器高，但静态RAM不需要刷新。
DRAM的存贮单位是以电容为基础的，因此它的电路简单集成度高。但动态存贮器是以电容来存贮信息，由于电容中的电荷即使不掉电也会逐渐丢失，因此动态存贮器必须定时刷新。动态存贮器多用于需要大存贮容量的计算机中。
表2.3 三种随机读写存储器比较
类型 不掉电情况下 掉电后 存贮单位 优点 缺点 SRAM 信息可长时间信息会双稳态电不需要刷新 集成度低保持不变 丢失 路 位价格较高 DRAM 需要动态刷新，信息会电容 集成度高 必须定时信息才可长时丢失 刷新 间保持不变 NVRA非易失性随机信息不静态RAM在断电的瞬间 M 存贮器 会丢失 和E2PROM 完成信息的保存 NVRAM是非易失性随机存贮器，不论静态RAM还是动态RAM都有信息易失性的缺点，而是由静态RAM和E2PROM共同构成的存贮器，正常情
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上篇 计算机原理
况下，它和一般静态RAM一样，而系统在掉电或电源有故障时的瞬间，它把静态RAM中的信息保存在E2PROM中，从而使用信息不会丢失。
例题解讲
选择题
1． 在下列存储器中，访问速度最快的是____。 A)硬盘存储 储器) 【答案】D
【解题指导】在计算机的五级存储体系结构中,半导体存储器的速度仅次于CPU内部的寄存器,而磁带属于海量存储器,其访问速度是最慢的,其次是软盘和硬盘
2． 衡量存储器性能好坏的指标不包括____。
A)存储容量 B)读写时间 C)存取周期 D)吞吐率 【答案】D
【解题指导】对于存储器而言,其主要性能衡量指标有存储容量、读写时间、存取周期。
3．在主存- Cache 的存储系统中，下列说法中正确的是 。 A)程序总是放在主存中，而数据放在Cache中 B)程序总是放在Cache中，而数据放在主存中
C)程序和数据都存放在主存中，而Cache中存放的是一部分程序和数据的副本
D)程序和数据总是放在Cache中 【答案】C
【解题指导】主存中存放的是当前执行的程序及所需数据，可供CPU直接访问，而外存中存放的是暂时不用的程序及数据。当CPU需要执行外存的某一程序时，因为CPU不能直接访问外存，所以首先将该程序由外存调入主存，然后再执行之。为了弥补主存速度的不足，使之与CPU的速度相匹配，则在CPU和主存之间增加了Cache，而Cache中存放的是一部分程序和数据的副本，以提高CPU的命中率，从提高CPU的工作效率。 4．关于SRAM和DRAM的说法中正确的是 。 A)SRAM断电后信息保留，而DRAM断电后信息不保留 B)SRAM只要电源不断电，信息就不会丢失 C)DRAM只要电源不断电，信息就不会丢失
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B)软盘存储器 C)磁带存储器 D)半导体RAM(内存
第四章 存储系统
D)SRAM要求CPU每隔1~2ms便要对存储器刷新一次 【答案】B
【解题指导】SRAM和DRAM 都属于RAM，在断电的情况下信息均会丢失，而SRAM是静态随机存储器，只要电源不断电，其中的信息可长时间保存，而DRAM是采用电容作为存储单位的动态随机存储器，即使电源不断电其中的信息仍然会丢失，为了保证其中的信息可长时间保存需每隔1~2ms便要对存储器刷新一次。
5．写入信息后不可以对信息进行擦除的是____。
A) PROM B) FLASH ROM C) EPROM D) EEROM 【答案】A 【解题指导】FLASH ROM、EPROM和EEROM均可以对其中的信息进行擦除，FLASH ROM可大规模地进行清除，EPROM是借用紫外光一个字节一个字节的进行擦除，而EEROM是可以在机内进行带电擦除的ROM，只有PROM和掩膜式ROM是不可以进行信息擦除的ROM。
6． 在五级存储体组织系结构中 速度最快但价格较高、系统拥有量较小。
A)内存 B) Cache C) 寄存器 D) 硬盘 【答案】B
【解题指导】五级存储体组织系结构中处于最低层的是海量存储器如光盘、磁带，它具有最大的存储容量、最慢的存取速度和最小的每位价格，而顺着金字塔依次向上是辅助存储器、主存、Cache和寄存器，它科的存取速度依次增大，但容量则逐级降低，系统拥有量也越来越小。
7．IBM微机及其兼容机的性能指标中内存容量是指 。 A)高速缓存Cache的容量 B)RAM的容量 C)RAM和ROM的总容量 D)RAM、ROM、Cache的总容量 【答案】B
【解题指导】内存包括RAM和ROM，内存容量是指内存条RAM的容量。目前内存条为DRAM、SDRAM，高速、大容量内存条SDRAM为32MB、64MB、128MB，Cache处于CPU与内存之间，用来解决高速CPU与内存之间的速度差。 判断题
1．主存是由半导体器件组成的。 【答案】对
【解题指导】按存储介质的不同存储器可分为磁芯存储器、半导体存储器、磁表面存储器和光表面存储器等，而半导体由于其物理性质而作为速度较快的内存技术，主存可以分为只读型和随机型两类。
2．SRAM每隔一定时间就要将所存入的信息逐个读出，经放大后再写进去，
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上篇 计算机原理
即称为存储器的刷新。 【答案】错
【解题指导】SRAM是静态随机存储器，在不断电的情况下其中的信息不会丢失，所以不用定时对其中的内容进行再生放大，而DRAM由于采用电容作为基本的存储单位，因电容所具备的电荷易失性，即使不断电其中的内容也会丢失，故采用动态刷新方法以保证其中的内容长期保留。
复习巩固
一、填空题
1．主存按存取方式可分为 和 ； RAM按存取方式对可分为 和 。
2．RAM的中文全称是 ，SRAM是 存储器。
3．衡量主存性能的主要技术指标有 、 、 等。
4．Cache的中文含义是 。
5．在微机中常采用五级存储体系结构，按其存取速度由高到低依次为 、 、 、 和海量存储器。
6．半导体存储器可分为 和 两类。 7．插在主机的系统板上的“内存条”一般指的是 。
8．存储系统的层次结构就是将不同 、不同 、不同 的存储器有机结合起来。 二、选择题
1． 断电会使原存储信息丢失的存储器是____。 A)半导体RAM B)硬盘 C)ROM D)软盘 2．在微机中，外存储器通常使用软磁盘作为存储介质。软磁盘中存储的信息，在断电后____。A)不会丢失 失
3．半导体只读存储器(ROM)与半导体随机存取存储器(RAM)的主要区别在于 。
A)在掉电后，ROM中存储的信息不会丢失，RAM信息会丢失 B)掉电后，ROM信息会丢失，RAM则不会 C)ROM是内存储器，RAM是外存储器 D)RAM是内存储器，ROM是外存储器
4．计算机的存储系统一般指主存储器和 。
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B)完全丢失 C)少量丢失 D)大部分丢