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1、第一章第一章第一章第一章软件学院软件学院软件学院软件学院第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机1-1 1-1 1-1 1-1 什么是计算机什么是计算机什么是计算机什么是计算机 了了了了解解解解计计计计算算算算机机机机的的的的发发发发展展展展历历历历史史史史、特特特特点点点点、分分分分类类类类、应应应应用用用用、计算机文化、信息社会。计算机文化、信息社会。计算机文化、信息社会。计算机文化、信息社会。1-2 1-2 1-2 1-2 自动计算原理自动计算原理自动计算原理自动计算原理 了解如何用硬件实现自动计算。了解如何用硬件实现自动计算。了解如何用硬件实现自动计算。了解如
2、何用硬件实现自动计算。1-3 1-3 1-3 1-3 冯冯冯冯 诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼计算机模型计算机模型计算机模型计算机模型 了解计算机模型、计算机的基本组成。了解计算机模型、计算机的基本组成。了解计算机模型、计算机的基本组成。了解计算机模型、计算机的基本组成。目录目录目录目录软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机 早期（早期（早期（早期（ENIAC)ENIAC)ENIAC)ENIAC)有有有有基本的运算部件，靠基本的运算部件，靠基本的运算部件，靠基本的运算部件，靠6000600060006000根导线连根导线连
3、根导线连根导线连接，要改变运算规程，则要改变导线的连接，所以有一接，要改变运算规程，则要改变导线的连接，所以有一接，要改变运算规程，则要改变导线的连接，所以有一接，要改变运算规程，则要改变导线的连接，所以有一组工程师忙上忙下插接导线。组工程师忙上忙下插接导线。组工程师忙上忙下插接导线。组工程师忙上忙下插接导线。1945 1945 1945 1945年年年年6 6 6 6月美月美月美月美国数学家国数学家国数学家国数学家冯冯冯冯 诺诺诺诺依曼依曼依曼依曼在一篇论文在一篇论文在一篇论文在一篇论文中第一次提出在中第一次提出在中第一次提出在中第一次提出在存储器中存放程存储器中存放程存储器中存放程存储器中
4、存放程序的概念，形成序的概念，形成序的概念，形成序的概念，形成目前计算机的结目前计算机的结目前计算机的结目前计算机的结构。构。构。构。图图图图2_82_81-3 1-3 冯冯 诺依曼诺依曼计算机模型计算机模型 软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机一、冯一、冯诺依曼型计算机基本结构诺依曼型计算机基本结构1-3 1-3 1-3 1-3 冯冯冯冯 诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼计算机模型计算机模型计算机模型计算机模型 冯冯诺依曼诺依曼型计算机的基本结构由型计算机的基本结构由五五部分组部分组成成:运运 算算 器器：也叫算术逻辑单
5、元（：也叫算术逻辑单元（ALUALU），），是进行是进行计算和逻辑操作的地方。计算和逻辑操作的地方。控控 制制 器器：用来对存储器、运算器、输入输出设：用来对存储器、运算器、输入输出设备进行控制的部分。备进行控制的部分。存存 储储 器器：存储数据和程序的地方。：存储数据和程序的地方。输入设备输入设备：从计算机外部接受输入数据和程序。：从计算机外部接受输入数据和程序。输出设备输出设备：将计算机的处理结果输出到计算机的：将计算机的处理结果输出到计算机的外部。外部。软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机1-3 1-3 1-
6、3 1-3 冯冯冯冯 诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼计算机模型计算机模型计算机模型计算机模型 控制器控制器控制器控制器输出输出输出输出设备设备设备设备内存储器内存储器内存储器内存储器输入输入输入输入设备设备设备设备运算器运算器运算器运算器外存储器外存储器外存储器外存储器存储器存储器存储器存储器主主机机外外设设数据数据控制控制地址或指令地址或指令软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机计算机按照计算机按照计算机按照计算机按照事先的安排事先的安排事先的安排事先的安排进行工作，进行工作，进行工作，进行工作，事先安排事先安排事先安排
7、事先安排就是就是就是就是程序程序程序程序。例如使用计算机计算例如使用计算机计算例如使用计算机计算例如使用计算机计算2 2 2 2+1 1 1 1=？，工作步骤是：？，工作步骤是：？，工作步骤是：？，工作步骤是：把数把数把数把数“2 2 2 2”从指定的存储器单元中取出，暂存；从指定的存储器单元中取出，暂存；从指定的存储器单元中取出，暂存；从指定的存储器单元中取出，暂存；把数把数把数把数“1 1 1 1”从指定的存储器单元中取出，暂存；从指定的存储器单元中取出，暂存；从指定的存储器单元中取出，暂存；从指定的存储器单元中取出，暂存；计算计算计算计算“2 2 2 2+1 1 1 1”，结果为，结果为
8、，结果为，结果为“3 3 3 3”，暂存；，暂存；，暂存；，暂存；把结果把结果把结果把结果“3 3 3 3”送入指定的存储器存储单元。送入指定的存储器存储单元。送入指定的存储器存储单元。送入指定的存储器存储单元。上述计算步骤中，计算机的工作包括：取数、加法、上述计算步骤中，计算机的工作包括：取数、加法、上述计算步骤中，计算机的工作包括：取数、加法、上述计算步骤中，计算机的工作包括：取数、加法、存数。在这些操作中，除了知道做什么外，还要知道数存数。在这些操作中，除了知道做什么外，还要知道数存数。在这些操作中，除了知道做什么外，还要知道数存数。在这些操作中，除了知道做什么外，还要知道数据在地址（到
9、什么地方去取、送到什么地方）。据在地址（到什么地方去取、送到什么地方）。据在地址（到什么地方去取、送到什么地方）。据在地址（到什么地方去取、送到什么地方）。1-3 1-3 1-3 1-3 冯冯冯冯 诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼计算机模型计算机模型计算机模型计算机模型 二、指令和程序二、指令和程序软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机计算机所要完成的动作以及数据的地址称为计算机所要完成的动作以及数据的地址称为指令指令。一条指令由操作码、地址码组成：一条指令由操作码、地址码组成：操作码操作码操作码操作码地址码地址码地址码地址
10、码在在计算机内部，指令都是一些二进制的数码，计算机内部，指令都是一些二进制的数码，0011111000111110001111100011111000000111000001110000011100000111110001101100011011000110110001100000100000001000000010000000100001110110011101100111011001110110LD A,2LD A,2LD A,2LD A,2ADD A,1ADD A,1ADD A,1ADD A,1HALTHALTHALTHALTENDENDENDEND把把2 2送入累加器送入累加器A A1
11、 1与累加器与累加器A A内容相加，结果内容相加，结果送入累加器送入累加器A A停止所有操作停止所有操作结束程序结束程序1-3 1-3 1-3 1-3 冯冯冯冯 诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼计算机模型计算机模型计算机模型计算机模型 软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机每种每种机器都有自己的指令系统，包括以下几机器都有自己的指令系统，包括以下几个方面的指令：个方面的指令：数据传送类数据传送类 算术运算和逻辑运算类算术运算和逻辑运算类 程序控制类程序控制类 输入输出类输入输出类 管理类管理类（加法、移位等）（加法、移位等）
12、（转移、循环等）（转移、循环等）（停机、启动、复位、清除等）（停机、启动、复位、清除等）计算机要完成一项任务，需要很多条指令，计算机要完成一项任务，需要很多条指令，按照顺序排好，一条条地执行。指令的集合称为按照顺序排好，一条条地执行。指令的集合称为程序程序。1-3 1-3 1-3 1-3 冯冯冯冯 诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼计算机模型计算机模型计算机模型计算机模型 软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机有了程序，还要解决下述问题计算机才能工作：有了程序，还要解决下述问题计算机才能工作：1-3 1-3 1-3 1-3 冯
13、冯冯冯 诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼计算机模型计算机模型计算机模型计算机模型 三、存储程序原理三、存储程序原理软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机 程序存放在什么地方；程序存放在什么地方；什么时间在什么地方取哪一条指令；什么时间在什么地方取哪一条指令；执行一条指令后，可以自动取出下一条指令。执行一条指令后，可以自动取出下一条指令。l对于对于，程序存放在存储器的程序存储区，程序存放在存储器的程序存储区，l程序存储区每一个单元都有一个地址，程序存储区每一个单元都有一个地址，l设置一个程序计数器，初始时记录第一条指令的设置一
14、个程序计数器，初始时记录第一条指令的地址，地址，l每执行一条指令，程序计数器自动加每执行一条指令，程序计数器自动加1 1，以备取下，以备取下一条指令。一条指令。l相同指令组合，只存放在一个地方，需要时转去相同指令组合，只存放在一个地方，需要时转去执行这段程序，然后再返回转出处，继续执行。执行这段程序，然后再返回转出处，继续执行。1-3 1-3 1-3 1-3 冯冯冯冯 诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼计算机模型计算机模型计算机模型计算机模型 软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机0:LAD A,20:LAD A,21:ADD
15、 A,11:ADD A,12:MOVE A,20022:MOVE A,20023:HELT3:HELT4:END4:END“2+1”“2+1”的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程2222222222222运算器运算器22111111 1+3 33333333333333LAD A,2LAD A,2ADD A,1ADD A,1MOWE MOWE A,2002A,2002ENDEND程序计数器：程序计数器：程序计数器：程序计数器：0 01 1 2 2 4 4软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机运算器的主要功能是完成
16、算术运算、逻辑运算运算器的主要功能是完成算术运算、逻辑运算和逻辑判断，核心部件是算术逻辑单元，主要由和逻辑判断，核心部件是算术逻辑单元，主要由加法器、寄存器和一些控制线路。图示一个假设加法器、寄存器和一些控制线路。图示一个假设的运算器逻辑图。的运算器逻辑图。四、运算器四、运算器1-3 1-3 1-3 1-3 冯冯冯冯 诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼计算机模型计算机模型计算机模型计算机模型 软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机1-3 1-3 1-3 1-3 冯冯冯冯 诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼计算机模型计算机模型计算机模型计
17、算机模型 加法器加法器加法器加法器多路开关多路开关多路开关多路开关多路开关多路开关多路开关多路开关A A0 0A A1 1A A2 2A A3 3C C+1+1寄存器寄存器寄存器寄存器多路开关多路开关多路开关多路开关非门非门非门非门控制门控制门控制门控制门标志寄存器标志寄存器标志寄存器标志寄存器输出门输出门输出门输出门总线发送器总线发送器总线发送器总线发送器总线接受器总线接受器总线接受器总线接受器溢出溢出溢出溢出地址地址地址地址总线总线总线总线控制控制控制控制总线总线总线总线数据数据数据数据总线总线总线总线软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初
18、识计算机初识计算机初识计算机五、控制器五、控制器控制器是计算机的神经中枢，指挥计算机各部控制器是计算机的神经中枢，指挥计算机各部件协调地工作，主要有指令寄存器、指令计数器、件协调地工作，主要有指令寄存器、指令计数器、译码器、时序节拍发生器、操作控制部件等。图译码器、时序节拍发生器、操作控制部件等。图示是一个控制器的基本结构。示是一个控制器的基本结构。1-3 1-3 1-3 1-3 冯冯冯冯 诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼计算机模型计算机模型计算机模型计算机模型 软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机1-3 1-3 1-3
19、1-3 冯冯冯冯 诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼计算机模型计算机模型计算机模型计算机模型 地址码地址码地址码地址码译码器译码器译码器译码器指令指令指令指令计数器计数器计数器计数器节拍节拍节拍节拍发生器发生器发生器发生器操作控操作控操作控操作控制部件制部件制部件制部件输入设备输入设备输入设备输入设备输出设备输出设备输出设备输出设备运算器运算器运算器运算器存储器存储器存储器存储器自动加自动加自动加自动加“1”“1”操作码操作码操作码操作码软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机关于译码器关于译码器计算机的一条指令由几个基本操作组
20、成，例如计算机的一条指令由几个基本操作组成，例如取数指令的操作有从寄存器取数、存入寄存器中、取数指令的操作有从寄存器取数、存入寄存器中、数据的传送等。根据指令决定计算机要执行的基数据的传送等。根据指令决定计算机要执行的基本操作，可以用硬件实现，称为译码器；也可以本操作，可以用硬件实现，称为译码器；也可以用软件来实现，称为微程序。用软件来实现，称为微程序。关于关于CPUCPU现在将运算器和控制器做在一起，称之为中央现在将运算器和控制器做在一起，称之为中央处理器，即处理器，即CPUCPU，也叫微处理器。也叫微处理器。1-3 1-3 1-3 1-3 冯冯冯冯 诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼计算机模型计算机
21、模型计算机模型计算机模型 软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机六、存储器六、存储器存储器用来储存程序和数据，存储器分为两存储器用来储存程序和数据，存储器分为两大类，内存储器和外存储器。大类，内存储器和外存储器。内存储器内存储器内存储器由超大规模集成电路做成。内存储器由超大规模集成电路做成。内存储器按字节进行编址。内存储器按字节进行编址。内存储器的容量和存取速度是主要的指标。内存储器的容量和存取速度是主要的指标。内存储器分为随机存储器内存储器分为随机存储器(RAM)RAM)、只读存储只读存储器器(ROM)ROM)、可
22、擦写只读存储器等，以及一些专用可擦写只读存储器等，以及一些专用存储器。存储器。1-3 1-3 1-3 1-3 冯冯冯冯 诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼计算机模型计算机模型计算机模型计算机模型 软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机外存储器外存储器l软磁盘软磁盘软磁盘软磁盘 3.5 3.5吋吋,存储容量存储容量1.441.44MBMB。l硬磁盘硬磁盘硬盘以存储容量大而得到应用。硬盘以存储容量大而得到应用。l光盘光盘光盘是新型大容量存储器，一张光盘容量光盘是新型大容量存储器，一张光盘容量600600MBMB。lU U盘盘USB
23、USB存储器是一种新型的移动存储器，它利用计算存储器是一种新型的移动存储器，它利用计算机上的机上的USBUSB接口供电和读取写入数据，容量从小到接口供电和读取写入数据，容量从小到8 8M M、大到大到256256M M不等。不等。2.5 2.5 基本组成单元基本组成单元软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机2.5 2.5 基本组成单元基本组成单元四、输入设备四、输入设备输入设备除最基本的输入设备除最基本的键盘键盘外，还有：外，还有：鼠标、游戏操作杆、光笔、触摸屏、扫描仪、麦克风、鼠标、游戏操作杆、光笔、触摸屏、扫描仪
24、、麦克风、摄象机、数码相机等。摄象机、数码相机等。五、输出设备五、输出设备输出设备除最基本的输出设备除最基本的显示器显示器外，还有：外，还有：打印机、绘图仪、投影仪、扬声器等。打印机、绘图仪、投影仪、扬声器等。软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月第一章第一章第一章第一章 初识计算机初识计算机初识计算机初识计算机1-3 1-3 1-3 1-3 冯冯冯冯 诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼计算机模型计算机模型计算机模型计算机模型 计算机经过几十年的发展，性能得到飞速的提计算机经过几十年的发展，性能得到飞速的提高，但是仍然按照存储程序原理，属于高，但是仍然按照存储程序原理，属于冯冯 诺依诺依曼曼计算机模型。计算机模型。软件学院软件学院 2004 2004年年8 8月月