编者按：“计算机科学技术电视函授讲座”已于9月27日正式开课。《计算机概论》一书于8月底以前寄出。第一本辅导材料因故稍晚寄发，故将该辅导材料中的第一、二章稍作精减后在本刊刊出，供参加讲座学习的同志参考。
由于某些同志未写清楚地址或姓名，教材及辅导材料无法寄出，望这些同志速与北京西单大木仓35号中央电化教育馆联系。
在参加讲座学习中，欢迎大家把学习中遇到的疑难问题寄到我刊，我们将组织有关人员撰稿解答。
中央电视台从9月27日开始，每周播放一集，每集播放两次，星期五12点15分开播，星期六12点15分重播；北京地区从9月18日开始，每星期三晚上7：40将增播一次。
第一章 计算机基本组成
本章概述了电子数字计算机的特点；冯·诺依曼型计算机的结构特点；计算机中数的表示和数制转换方法；计算机的基本逻辑电路及计算机发展简史。本章要求重点掌握以下三方面内容。
一、冯·诺依曼型计算机的结构特点
从第一台计算机问世至今，在短短四十年时间里计算机已经发展到第五代，但其基本结构仍未超出冯·诺依曼计算机的体系，这一体系的结构特点可归纳为如下几点：
（一）采用“存贮程序”工作原理，奠定了计算机自动连续运算的基础。对存贮程序的工作原理要了解以下两点。
1．程序与指令的关系：为了让计算机完成某项工作，必须事先编制好计算机工作的步骤，这就是“程序”；而要求计算机进行每一步操作，都要给它下命令，也就是“指令”。因此，程序是由一系列指令组成的。
每台计算机设计制造时，就规定了一定数量的基本指令，称为这台机器的指令系统。它在很大程度上反映了这台计算机的能力。机器指令系统所对应的各种基本操作，在设计制造时就定型地固定在机器的电子线路中。机器指令通常用标准格式表示，由操作码和地址码两部分组成。
2．弄清楚什么是“存贮程序”：在计算机运算之前，将程序和数据存入存贮器，然后由机器自动按顺序取出程序中的每一条指令，分析并执行其规定的操作，这就是存贮程序的原理。可知只要提前存入不同的程序，机器就可以实现不同的工作任务。虽然机器指令的数目有限，但可以编出的程序是很多的，所以计算机具有解决各种问题的通用性。
（二）以程序控制方式实现自动连续运算。运算之前，程序及有关数据均以二进制代码形式分别存放在存贮器中。开始运算后，计算机的控制器连续不断地从存贮器中顺序取出程序中的指令，逐条执行。指令执行完毕，工作任务也就完成。程序控制中要注意两点：一是程序存贮到存贮器中后，其首地址必须送到控制器中；二是控制器执行指令按程序中的指令排列顺序进行，除非是遇到转移类指令方可改变这种次序。因此计算机是在串行的指令流控制下实现自动连续工作的。
（三）采用二进制数字系统，不仅数据采用二进制代码，而且指令和数据也采用统一的代码形式，即指令的数码化。
指令数码化使计算机能把程序和数据一样存放在存贮器中。从外表看，指令和用二进制数表示的数据没有什么不同，但其含意完全不一样。为防止机器混淆，在存贮器中分开存放。由于指令数码化，使计算机能利用对数据进行运算的类似方法，对指令进行修改，然后执行。这种由程序自己修改自己的能力，使计算机增强了解题能力和工作效率。
（四）计算机由五个基本部分构成。
要求掌握计算机五个基本组成部分的功能及各部分之间的信息传送。
1．主机中各功能部件的信息通路：
存贮器、运算器和控制器组成计算机的主机。存贮器的功能是保存程序和数据，并能方便地实现信息的存取。为方便快速地进行信息存取，存贮器采取按地址存取方式。存贮器和其它部件的信息通路有四个：（1）从输入设备接受程序和数据的代码。（2）接收控制器发来的存取命令和地址代码。将取出的指令送到控制器。（3）按控制器的命令将取出的数据送到运算器中参加运算或接收运算器进来的运算结果，存入指定的地址中去。（4）向输出设备送出要输出的数据。
运算器的功能是进行基本的算术运算和逻辑运算及实现数据传送。其信息通路有二：（1）接收控制器发来的各种运算操作命令，向控制器发出运算中的反馈信息，供控制器分析以决定下一步执行的操作。（2）与内存交换数据，即从内存取出参与运算的数和向内存存入运算结果。
控制器的任务是逐条取指令，分析并执行指令。控制器是整机工作的指挥机构，因此它要向各部件包括输入、输出设备发出控制信息；同时要接受存贮器送来的指令和运算器发来的反馈信息。
2、输入输出设备功能：输入、输出设备是和主机分开的外部设备，它们仅和主机的存贮器交换信息。但其工作也是在控制器统一控制下进行的。
二、计算机中数的表示和数制转换
由于二进制的许多特点，使计算机一直采用二进制数字系统。二进制和十进制一样是进位计数制。对进位计数制的特点和计算机中数的表示方法要了解。
（一）进位计数制与数制转换：进位计数制的特点有二；一是进位计数，二是位置表示法。对基数和权的定义及其关系要搞清楚，这样就不难理解数制转换的原则了。任何两种不同数制之间都可以进行转换，其实质是进行基数的转换。转换方法是把有理数的整数和小数部分分别进行转换。计算机中进行的数制转换通常有三种，即二进制与十进制，二进制与十六进制，以及二进制与八进制之间的相互转换。用户编程时可使用十进制、十六进制、八进制数据，输入后由机器自动转换成二进制进行运算。
（二）机器数及其定点、浮点表示：数在计算机内部的表示形式称为机器数。机器数的特点有三：（1）机器数字长有限，因此机器数表示的数值大小有一定的范围。（2）机器数的符号也数字化，用0、1分别表示正与负。（3）机器数中小数点位置要约定。根据小数点位置固定或浮动，机器数有定点表示和浮点表示形式，定点和浮点不仅表示形式不同，而且用同样设备时，数值表示范围也相差很大。浮点运算为科学计算提供了高精度和较大的数值表示范围，但控制线路较复杂。
三、计算机中的基本逻辑电路
由于数字计算机中各种复杂的控制关系及各种运算都可以归纳为对数字0与1的逻辑运算，即可以通过最基本的逻辑与、逻辑或、逻辑非运算进行组合。因此，计算机中的复杂的电子线路也不过是由十几种基本逻辑部件组成，最基本的逻辑单元电路有三种“与门”、“或门”、“非门”。
〔思考题和练习题〕1．什么是“存贮程序”工作原理？程序与指令关系如何？2．冯·诺依曼型计算机结构特点是什么？3．计算机指令系统必须具备哪几种功能的指令方可进行正常工作？指令的标准格式是什么？整机各部分如何在控制器的控制下协调一致地工作？5．什么是机器数？机器数的特点是什么？6．字长为八位，包括一位符号位的定点整数的表数范围是多少？7．计算机中基本逻辑电路和逻辑部件有哪些？其功能如何？8．将下列二进制数转换成十进制数。（1）1010（2）1101010（3）1111111l（4）10101.10019．将下列十进制数转换成二进制数。（1）15（2）256（3）67（4）139.625 10．写出下列二进制数与十六进制数之间转换的结果：（1）（101010.10101）二=（ ）十六（2）（11101011）二=（ ）十六（3）（30E·45）十六=（ ）二（4）（17F）十六=（ ）二答案：6．-127～＋127 8．（1）10（2）106（3）255（4）21.5625 9．（1）1111（2） 100000000（3）1000011（4）10001011.101 10（1）5A·A8（2）EB（3）1111011110.00100101（4）101111111
第二章 计算机中央处理器和指令控制
计算机是实现信息处理的自动机，一是要研究信息表达的方法；二是要研究“程序存贮”、“程序控制”和中断等技术。
在学习中建立整机概念是重要的，也是本章介绍的重点。一要了解计算机的基本结构及其相互关系；二要重视指令执行的过程，这些对建立整机概念是重要的。
计算机内的信息有两种，即控制信息和数据信息，数据信息是在控制信息控制下实现流动，发生作用和产生结果的。
控制器和运算器结合在一起叫中央处理器，这是计算机硬件的核心部分。控制器是全机的指挥中心，要掌握它的基本结构，它的各组成部分的相互关系和指令的工作过程及根据指令所产生的各种控制信息。为此要了解指令的表示方法即指令结构、指令类型、指令功能和寻址方式等。
运算器是进行算术和逻辑运算的基本部件，要了解它以加法器为核心的基本工作原理和数据通路结构。运算方法基本上是相加和移位两种基本操作。
由于电子计算机本身比较复杂，涉及面也较广泛，要完全掌握它将涉及许多门课程，不是短时间所能解决的。在短短的几十分钟录象中要把计算机中央处理器怎么工作做一粗浅的介绍，将要碰到许多新概念，新问题，给初学者带来一定的困难。重要的是要从这里能建立整机的概念，对计算机中央处理器的基本结构、工作原理和指令控制有个粗略的了解。另外由于电视屏幕较小，有些较复杂的画面难以展示，所以许多图象作了大幅度的简化，尤其是运算器的录象和文字教材有不少差异，要通过收看电视掌握基本工作原理，再深入地自学文字教材的内容就不至于无从着手了。
一、运算方法和运算器
〔内容提要〕这部分先用计算2＋1=？机器执行程序的过程来介绍整机是怎样工作的，控制器是怎样根据指令对机器进行控制的，运算器是怎么工作的，从机器内部的工作过程入手，粗略的给初学者一个“程序存贮”和指令顺序执行的整机工作概念。
1．加法运算和减法、乘法、除法简述：介绍了计算机实现运算的预备知识。什么是原码？什么是补码，为什么计算机多用补码。如何进行加法、减法等。
2．运算器中的数据传送：运算器是由寄存器、控制门、加法器、输出门和判别电路等基本逻辑部件组成。数据由寄存器经不同的控制门，经加法器、输出门送出。
3．加法器及进位系统：对由全加器组成的加法器如何进行加法作了些讨论。影响加法器运算速度的重要因素是进位问题，提高运算速度通过改进进位链方式是一个重要措施。
4．逻辑运算：逻辑运算是计算机的一种重要运算方式，有逻辑非、逻辑乘、逻辑加和逻辑异或等。
5．运算器举例：鉴于电视屏幕较小，复杂的画面往往难以看清，在运算器中要一目了然的看出进行减法运算是减数“取反加1”再相加的道理。故在录像中对运算器的逻辑作了简化。
〔教学要求〕本节希望能对整机工作有个初步概念，对存贮程序的执行有所了解。
（1）要求掌握补码加、减法运算方法。（2）熟习逻辑运算及其特点。（3）了解运算器的组成及信息在其内部的传送。
〔练习题〕1．（1）X＝0.01101（2）X=- 0.01101 求；〔X〕\(_{原}\)=？〔X〕补=？2．已知：X，Y 试计算〔X＋Y〕\(_{补}\)=？（1） X＝0.10011 Y＝0.01001（2） X=0.10011 Y=－0.01001（3）X=-0.10011 Y=001001（4）X=-0.10011 Y=－0.01001 3．试作下列逻辑运算（1） X=1101 X=？（2）求1101和1001的逻辑加（3）求1101和1001的逻辑乘（4）求1101和1001的逻辑异或
答案：1．（1）〔X〕\(_{原}\)=0.110l 〔X〕补=0.01101（2）〔X〕\(_{原}\)=1.01101〔X〕补=1.10011 2．（1）0.11100（2）0.01010（3）1.10110（4）1.00100 3．（1）0010（2）1101（3）1001（4）0100
二、控制器
〔内容提要〕本节讨论了控制器的结构原理图、指令执行过程、微操作控制线路和信息传送控制方式及中断概念等。
1．控制器的结构：控制器主要由指令部件、时序部件、微操作控制线路及总线数据传送控制等部分组成。
2．指令执行过程：指令是计算机用以控制各个部件协调动作的命令。指令包括指明要进行什么操作的操作码部分和指出参加操作的操作数所在地址的地址码部分。为了寻找操作数又有很多寻址方式。
一台计算机所能执行的全部指令称为这台机器的指令系统，表示了这台计算机“逻辑思维的能力，是总体特征中的一个极其重要的特征。
计算机的工作过程就是执行存贮程序的过程，也就是取指令——分析指令——执行指令，这样周而复始的过程。
取指令是把程序计数器PC中存放的指令地址，经地址总线送到地址寄存器AR，启动存贮器读出指令，经数据总线送指令寄存器，对指令进行译码并执行。同时程序计数器自动指向下一条指令。执行指令要取操作数。这是在指令的地址字段控制下进行的。对取到的操作数，按指令的操作码部分指定的不同操作进行不同的运算。
3．微操作控制线路：执行指令的过程可以分解为执行微操作序列的过程。计算机中信息的传送是在不同的节拍中，通过开关某些门实现的。常用两种方法：一种是用组合逻辑设计方法实现的叫组合逻辑控制；另一种是用微程序控制技术设计的叫做程序控制，它是把组合逻辑树形网络所完成的控制功能，化成一系列简单的控制命令放在只读存贮器中，计算机工作时逐条读出控制命令并执行。以实现指令所规定的全部功能。
〔教学要求〕（1）了解控制器的结构及工作原理（2）对组合逻辑微操作控制要有粗浅了解。（3）了解指令格式及几种基本的指令。（4）结合整机结构框图掌握指令的执行过程。
〔练习题〕1．控制器由哪些部件组成？它们的作用是什么？2．结合整机结构框图试说明一条指令的执行过程。