《计算机原理》ppt课件

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1、计算机原理第一部分计算机原理1.1计算机概述1.1.1计算机的出现1.1.2冯.诺依曼原理1.1.3计算机的分类1.1.4计算机的组成1.1.5指令系统与程序1.2数据及编码1.2.1数制与数的表示1.2.2软件技术中的数制1.2.3二进制数的运算1.2.4计算机中数的表示1.2.5计算机数据编码1.3计算机硬件1.3.1硬件系统概述1.3.2中央处理单元1.3.3主存储器1.3.4高速缓冲存储器1.3.5辅存储器1.3.6人机交互设备1.3.7子系统的内部连接1.3.8程序执行过程1.4计算机软件1.

2、4.1软件的定义1.4.2软件与硬件的关系1.4.3软件的种类1.4.4软件的生产习题11.1计算机概述计算机的出现世界上第一台纯电子的计算机或许是Atanasoff-Berry机器，由约翰·安塔纳索夫（JohnAtanasoff）和他的助手克里夫德·柏利（CliffordBerry）于1937年～1941年在美国爱荷华州立大学建造。另外一台是称为Colossus（巨人）的机器由汤米·福劳尔斯（TommyFlowers）指导在英国建造，该机器在第二次世界大战中用来破译德国人的密码。实际上在此期间，全世界

3、共有10余台这样的机器，由于高度保密长期不为人知。以致于人们一直把稍后（1946年2月14日）建造的（当然也更加通用和快速）计算机埃尼阿克（ENIAC,ElectronicNumericalIntegratorandCalculator,电子数字积分器和计算器）作为世界上第一台电子计算机。它是由约翰·莫奇利（JohnManchly）和他的学生J.普雷斯佩尔·艾克特（J.PresperEckert）在美国宾夕法尼亚大学摩尔电子工程学校建造的。ENIAC冯·诺依曼原理冯·诺依曼在参与ENIAC的建造过程中，

4、认识到了当时计算机结构上的不足，对计算机的体系结构进行了研究，提出了今天我们称为冯·诺依曼原理的三条思想：（1）计算机的结构应由存储器、算术逻辑单元、控制单元和输入／输出单元构成。存储器是计算机用来存储的部件；算术逻辑单元是进行计算和逻辑操作的地方；控制单元用来对存储器、算术逻辑单元、输入／输出设备等子系统的操作进行控制；输入子系统负责从计算机外部接受输入数据和计算程序，而输出子系统负责将计算机的处理结果输出到计算机的外部。冯·诺依曼(1903-1957)（2）计算机的计算程序必须存储在其存储器中。（3

5、）计算机中的指令是一条接着一条顺序执行的。也就是说，控制器一次从存储器取出一条指令，接着解释它、执行它。然后，依顺序或者程序要求（例如跳转）读取下一条指令。依照上述原理建造的计算机称为冯氏体系结构的计算机。从此以后，绝大部分计算机，包括我们今天使用的计算机，都是基于冯·诺依曼原理的。计算机的分类计算机的组成我们考查使用算盘计算一个四则运算的过程。设有下面的算式：162×156＋161÷23－120×15我们需要有算盘作为运算的工具；其次要有笔和纸，用来记录算式、中间结果和最后的计算结果；运算过程需要有一

6、个会打算盘的人来控制：人首先把要计算的问题和数据记录下来，然后第一步先算出162×156，把计算的中间结果记在纸上，再计算161÷23，把它和上一次的结果相加，再记录在纸上，然后计算120×15，再把它从上一次的结果中减去，就得到了最后的结果。如果用一台计算机完成上面的工作，显然该计算机也需要有相当于算盘用来进行计算的部件，我们称之为运算器；其次，该机器还要有起到纸和笔相同作用，能够记住算式、中间结果以及最终结果的部件，我们称之为存储器；再次，要有起到和打算盘的人相似作用的部件，它控制整个计算过程，我们

7、称之为控制器。除了上面三个部分，该机器还要有可以输入算式或计算过程的装置，我们称之为输入设备；还要有将最终计算结果告诉我们的装置，我们称之为输出设备。这里的运算器，实际上进行的是算术和逻辑运算，因此也可以称为算术逻辑单元。于是，我们得到了与冯·诺依曼原理第一条相同的计算机组成模型。如图1-2所示。主机（含运算器、控制器、存储器）输入设备输出设备至于冯·诺依曼原理的第二条，在今天看起来似乎是显而易见的。但早期的计算机只是将数据存储在存储器中，而程序需要在计算机的外部通过开关板的设置和连线的改变来编排。这种

8、方式操作十分不便，效率极低，容易引起错误。因此限制了计算机的使用。这是冯·诺依曼要将存储程序作为一条重要的原理提出的原因。冯·诺依曼原理的第三条说：计算机必须一步一步依次执行程序的每一步，这一般来说是最自然、最容易实现的。但今天已经有不遵从此原理的计算机，这已经超出了本课程的范围。可以看出，计算机除了必须包括运算器（算术逻辑单元）、控制器、存储器以及输入输出设备等物理器件外，还需要有保存在存储器中的数据和程序才能工作。我们把组成计算机的物理