微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用教學(xué)

楊 柳

（河南財(cái)經(jīng)政法大學(xué) 文化傳播學(xué)院，河南 鄭州450006）

0 引 言

電子計(jì)算機(jī)是現(xiàn)代社會(huì)最有價(jià)值的工具之一，它的出現(xiàn)極大地推動(dòng)了人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)的發(fā)展水平，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代文明的重要標(biāo)志。計(jì)算機(jī)的操作使用，已經(jīng)成為各行各業(yè)的技術(shù)人員、管理人員必備的基本技能和基本素質(zhì)。

微型計(jì)算機(jī)是電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)的結(jié)晶，它的出現(xiàn)和發(fā)展是和大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)的迅速發(fā)展分不開(kāi)的。微型計(jì)算機(jī)指采用超大規(guī)模集成電路組成的體積小、重量輕、功能強(qiáng)、耗電少的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)［1］。

以下從存儲(chǔ)器的組織和工作過(guò)程角度來(lái)論述微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程。

1 存儲(chǔ)器的組織及工作過(guò)程

存儲(chǔ)器是用來(lái)存放數(shù)據(jù)和程序的。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，數(shù)據(jù)和程序都是用二進(jìn)制碼的形式表示。一般8位二進(jìn)制碼稱(chēng)為1字節(jié)（Byte），1字節(jié)或多字節(jié)組成一個(gè)字（Word）。存儲(chǔ)器每個(gè)存儲(chǔ)單元存放1字節(jié)或一個(gè)字。這樣存儲(chǔ)器需要很多單元來(lái)存放數(shù)據(jù)和程序，為能識(shí)別不同的單元，賦予每個(gè)單元一個(gè)編號(hào)即地址。

下面以256個(gè)單元的存儲(chǔ)器為例，說(shuō)明存儲(chǔ)器的組織。256個(gè)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元一個(gè)編號(hào)，編號(hào)范圍為0～255，用8位二進(jìn)制碼表示編號(hào)即為00000000～11111111（00H～FFH）。如圖1所示。

圖1 存儲(chǔ)器組織示意圖

來(lái)自地址線的地址信號(hào)，經(jīng)過(guò)地址譯碼器的譯碼，選中相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，以便從中讀出信息或?qū)懭胄畔??？刂撇考刂拼鎯?chǔ)器的讀寫(xiě)過(guò)程。

存儲(chǔ)器在進(jìn)行讀／寫(xiě)工作時(shí)，先由CPU通過(guò)地址線給出要讀／寫(xiě)信息存放的單元地址，經(jīng)過(guò)地址譯碼器的譯碼，選中相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，再由讀／寫(xiě)控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)控制邏輯來(lái)控制讀出或?qū)懭?。要讀出信息時(shí)，選中單元的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)線送往CPU進(jìn)行處理。要寫(xiě)入信息時(shí)，CPU將數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線，寫(xiě)入到選中的單元。

2 微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程

微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程就是執(zhí)行程序的過(guò)程。程序是指令的序列，執(zhí)行程序就是逐條取出程序的指令，對(duì)指令進(jìn)行分析，然后完成該指令規(guī)定的操作。因此，微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程可概括為取指令→分析指令→執(zhí)行指令，如圖2所示。

圖2 執(zhí)行指令的過(guò)程

圖3可以說(shuō)明微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程。

存儲(chǔ)器通過(guò)三總線與微處理器（CPU）進(jìn)行連接。程序按順序存放在連續(xù)的存儲(chǔ)單元中。

首先，CPU給出第1條指令的地址，如02，通過(guò)地址總線送到地址譯碼器。經(jīng)譯碼后找到存放第1條指令的02單元。CPU發(fā)出讀命令，在讀命令控制下，將這條指令00111110讀出，經(jīng)數(shù)據(jù)線送CPU，CPU對(duì)該指令進(jìn)行譯碼分析，發(fā)出一系列的控制信號(hào)，完成該指令指定的操作。

該指令執(zhí)行完后，CPU再給出下條指令。

圖3 微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程

3 計(jì)算機(jī)中常用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制

計(jì)算機(jī)中常用十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制。實(shí)際上，計(jì)算機(jī)能直接識(shí)別處理的只是二進(jìn)制碼，這里的十進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制是在匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言等情況下使用的數(shù)據(jù)表示法。下面介紹不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。

（1）十進(jìn)制純小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制純小數(shù)

通常采用乘2取整法。所謂乘2取整法，就是將己知的十進(jìn)制純小數(shù)部分反復(fù)乘以2，每次取其整數(shù)，若得到的整數(shù)為1，則對(duì)應(yīng)二進(jìn)制數(shù)的相應(yīng)位為1，若得到的整數(shù)為0，則對(duì)應(yīng)二進(jìn)制數(shù)的相應(yīng)位為0，第1次乘2得到的整數(shù)是二進(jìn)制數(shù)的最高位，從髙位到低位逐次進(jìn)行，直至滿(mǎn)足精度要求或乘2后的小數(shù)部分為0為止。設(shè)最后一次乘2所得的整數(shù)為K—m，轉(zhuǎn)換后，所得的純二進(jìn)制小數(shù)為0．K—1。K—2…K－m。

【例1】將0．725D轉(zhuǎn)換成純二進(jìn)制小數(shù)。

如果取4位小數(shù)能滿(mǎn)足精度要求，則有：0．725D＾0．1011B。

（2）十進(jìn)制混合小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)

混合小數(shù)由整數(shù)和小數(shù)復(fù)合而成，需要將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換結(jié)果組合起來(lái)即可。

【例2】將215．725D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

解：如 上 求 得 215D＝11010111B，0．725D～0．1011B，則215．725D＆11010111．1011B

（3）二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)

將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，只需要將二進(jìn)制數(shù)按位權(quán)展開(kāi)求和，便得到相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。

【例3】將二進(jìn)制數(shù)11011．1001B轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。

（4）R進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換

由如上轉(zhuǎn)換可知，R進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的方法即是將所給的R進(jìn)制數(shù)用按位權(quán)展開(kāi)式展開(kāi)并求和即可。

【例4】將十六進(jìn)制數(shù)4E．CH轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。

解：4E．CH＝4×161＋14×16°＋12×16－1＝64＋14＋0．75＝78．75

十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為R進(jìn)制數(shù)仍然是將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。整數(shù)部分采用除R取余法；小數(shù)部分采用乘R取整法。轉(zhuǎn)換的過(guò)程和十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)相同。

通過(guò)上述實(shí)例，從應(yīng)用教學(xué)的角度出發(fā)，將微型計(jì)算機(jī)原理、接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成的內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，統(tǒng)籌安排，形成獨(dú)具特色的系統(tǒng)理論與實(shí)踐。微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用，這一門(mén)課具有內(nèi)容多、細(xì)、散且抽象的特點(diǎn)，同時(shí)本課程也是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程［3］。

4 結(jié)束語(yǔ)

微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程，實(shí)際上是微處理器從低級(jí)到高級(jí)、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展過(guò)程［2］。通過(guò)體系結(jié)構(gòu)和制造工藝的改進(jìn)，微處理器的集成度不斷提髙，運(yùn)算速度快，功能也越來(lái)越復(fù)雜，成本越來(lái)越低。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，極大地推動(dòng)了微型計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用。