新編大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教程-賈宗福第2章ppt課件.ppt

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1、第二章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作者：王亭12.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成2.2計(jì)算機(jī)工作原理2.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成2.4計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及性能評(píng)價(jià)21.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有電子類、機(jī)械類、光電類等器件組成的各種計(jì)算機(jī)部件和設(shè)備的總稱，是組成計(jì)算機(jī)的物理實(shí)體，是計(jì)算機(jī)完成各項(xiàng)工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。軟件系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備上運(yùn)行的各種程序、相關(guān)的文檔和數(shù)據(jù)的總稱。4圖靈機(jī)1936年，英國(guó)數(shù)學(xué)家阿蘭·圖靈在題為《論可計(jì)算數(shù)及其在判定問(wèn)題上的應(yīng)用》的論文中，提出了可進(jìn)行數(shù)字計(jì)算的理論模型—圖靈機(jī)（TuringMachine）。圖靈機(jī)不是具體的計(jì)

2、算機(jī)，是思想模型，其基本思想是用機(jī)器來(lái)模擬人們用紙和筆進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的過(guò)程。圖靈機(jī)的產(chǎn)生一方面奠定了現(xiàn)代數(shù)字計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)（要知道后來(lái)馮諾依曼就是根據(jù)圖靈的設(shè)想才設(shè)計(jì)出第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的）。56圖靈機(jī)一條無(wú)限長(zhǎng)的紙帶。紙帶被劃分為一個(gè)接一個(gè)的小格子，每個(gè)格子上包含一個(gè)來(lái)自有限字母表的符號(hào)，字母表中有一個(gè)特殊的符號(hào)表示空白。紙帶上的格子從左到右依此被編號(hào)為0,?1,?2,?...，紙帶的右端可以無(wú)限伸展。一個(gè)讀寫(xiě)頭。該讀寫(xiě)頭可以在紙帶上左右移動(dòng)，它能讀出當(dāng)前所指的格子上的符號(hào)，也能改變當(dāng)前格子上的符號(hào)。一個(gè)狀態(tài)寄存器。它用來(lái)保存圖靈機(jī)當(dāng)前所處的狀態(tài)。圖靈機(jī)的所有可能狀態(tài)的數(shù)目是有限的，并且有一個(gè)特殊

3、的狀態(tài)，稱為停機(jī)狀態(tài)。一套控制規(guī)則。它根據(jù)當(dāng)前機(jī)器所處的狀態(tài)以及當(dāng)前讀寫(xiě)頭所指的格子上的符號(hào)來(lái)確定讀寫(xiě)頭下一步的動(dòng)作，并改變狀態(tài)寄存器的值，令機(jī)器進(jìn)入一個(gè)新的狀態(tài)。圖靈認(rèn)為這樣的一臺(tái)機(jī)器就能模擬人類所能進(jìn)行的任何計(jì)算過(guò)程。7現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父馮·諾依曼是美籍匈牙利數(shù)學(xué)家，1946年，馮·諾依曼等人在題為《電子計(jì)算裝置邏輯設(shè)計(jì)的初步討論》的論文中，提出了以存儲(chǔ)程序概念為指導(dǎo)的計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)思想，確立了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。82.1.2馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的基本思想為：計(jì)算機(jī)硬件由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成；計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)和程序以二進(jìn)制代碼形式存放在存儲(chǔ)

4、器中，存放的位置由地址確定；控制器根據(jù)存放在存儲(chǔ)器中的指令序列（程序）進(jìn)行工作，并由一個(gè)程序計(jì)數(shù)器控制指令的執(zhí)行，控制器具有判斷能力，能以計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，選擇不同的工作流程。92.1.3計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)馮·諾依曼提出的計(jì)算機(jī)“存儲(chǔ)程序”工作原理決定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。10運(yùn)算器AU運(yùn)算器的主要功能是對(duì)二進(jìn)制數(shù)碼進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算。由算數(shù)邏輯單元ALU、寄存器組、數(shù)據(jù)通路組成。在運(yùn)算過(guò)程中，運(yùn)算器不斷得到由主存儲(chǔ)器提供的數(shù)據(jù)，運(yùn)算后又把結(jié)果送回到主存儲(chǔ)器保存起來(lái)。整個(gè)運(yùn)算過(guò)程是在控制器的統(tǒng)一指揮下，按程序中編排的操作順序進(jìn)行的。11

5、存儲(chǔ)器運(yùn)算器控制器12控制器CU控制器是計(jì)算機(jī)的控制管理核心部件。其主要用于向計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件發(fā)出微操作控制信號(hào)，指揮各個(gè)部件高速協(xié)調(diào)地工作。由程序計(jì)數(shù)器，指令寄存器，指令譯碼器，時(shí)序控制電路，微操作控制電路組成。AU和CU合稱為中央處理器，即CPU。13存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)中采用只有兩個(gè)數(shù)碼“0”和“1”的二進(jìn)制來(lái)表示數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器是具有“記憶”功能的設(shè)備，它采用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件來(lái)存儲(chǔ)信息。這些器件也稱為記憶元件。這些物理器件包括磁芯、半導(dǎo)體器件、磁表面器件和光存儲(chǔ)器件等。分為主存儲(chǔ)器和輔存儲(chǔ)器。14存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器用來(lái)存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)，可直接與運(yùn)算器及控制器交換信息。按照存取方

6、式，主存儲(chǔ)器又可分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。中央處理器和主存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)信息加工處理的主要部件，通常將這兩個(gè)部分合稱為主機(jī)。輔存儲(chǔ)器用來(lái)存放多種大信息量的程序和數(shù)據(jù)，可以長(zhǎng)期保存。15RAM與ROMRAM能夠隨時(shí)在任一地址讀出或?qū)懭雰?nèi)容。RAM的優(yōu)點(diǎn)存取速度快、集成度高、電路簡(jiǎn)單；RAM的缺點(diǎn)是不能長(zhǎng)期保存信息，一旦停電，所存信息就會(huì)丟失。ROM中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以被任意讀取，斷電后，ROM中的數(shù)據(jù)仍保持不變，但不可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。?常常用來(lái)存放系統(tǒng)軟件（如ROM?BIOS）、監(jiān)控程序等不隨時(shí)間改變的代碼或數(shù)據(jù)。16CPUCache主存輔存178G內(nèi)存280元18輔存儲(chǔ)器存

7、儲(chǔ)容量大、成本低、速度慢。必須先調(diào)入內(nèi)存儲(chǔ)器再被運(yùn)算器控制器處理。由硬盤，光盤，U盤等。191T硬盤-400元左右20輸入/輸出設(shè)備輸入設(shè)備用于輸入人們要求計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)、字符、文字、圖形、圖像、聲音等信息，以及處理這些信息所必需的程序，并將它們轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接受的形式（二進(jìn)制代碼）。21輸入設(shè)備●?字符輸入設(shè)備:鍵盤；●光學(xué)閱讀設(shè)備:光學(xué)標(biāo)記閱讀機(jī)，光學(xué)字符閱讀機(jī)；●圖形輸入設(shè)備:鼠標(biāo)、操縱桿、光筆；●圖像輸入設(shè)備: