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10002H 指令的地址 PC 地址 寄存器 10002H +1 存储器“读”命令 指令译码 数据总线 B1H ┇ ┇ 存储器 地址总线 B1H 10002H 一条指令的工作过程： 一个计算程序的例子：5+8 计算程序如下 * 符号形式的指令 机器指令 操 作 MOV A, 5 将立即数5传送到寄存器A中ADD A, 8 将A的内容与8相加，结果仍存入AHALT停机 程序在模型机上的执行过程 * 累加器A 运算器 数据寄存器DR 指令寄存器IR 指令译码器ID 时序逻辑电路 控制信号 1011 0000 0000 0101 0000 0100 0000 1000 1111 0100 内部总线 存储器 0 1 2 3 4 程序计数器PC 地址 MOV A, 5 ADD A, 8 HALT 地址总线 +1 ③ 地 址 译 码 器 读写控制电路 ④ 输出地址 1011 0000 ⑦ 锁存指令 锁存数据 ⑥ 置初值 ① ② 输出指令地址 锁存地址 ② 读出 ⑤ ⑧ 指令译码 锁存 输出 地址寄存器AR 0000 0101 0000 0000 0000 0001 0000 0010 0000 0100 0000 0011 0000 1000 执行 0000 0100 1111 0100 数据总线 微处理器的基本结构 * 程序计数器PC 也称指令地址寄存器，其内容为要执行的指令在存储器中的存放地址。 在程序开始执行前，程序中第一条指令的存储地址被送入PC。 PC每输出一次地址，CPU就从存储器的该地址处取出一条指令执行。 之后，PC中的地址自动增量，指向存储器中存放的下一条指令。 所以，只要不另外改变PC的内容，存储器中的指令就会不断地按顺序取出并执行。 * * 冯?诺依曼计算机的局限性 CPU与存储器之间大量的数据传输对总线压力很大； 不仅需要传输数据，还要频繁地传输指令 并行处理较困难：后面指令的数据即使巳经准备好，也必须按顺序先执行前面的指令； 对一些大型的、复杂的任务，编程比较困难； 外部设备与存储器间的数据传送都要经过CPU，处理效率比较低； 逻辑推理能力较弱。 * 哈佛结构计算机 指令和数据分别存放在两个独立的存储器模块中； CPU与存储器间指令和数据的传送分别采用两组独立的总线。 常见于单片计算机、嵌入式计算机。 * * 本章小结 图灵机是一种抽象的计算机模型，用机器来模拟人类进行计算的过程。 计算机能够模拟图灵机的计算过程。所以计算机是图灵机的一种具体实现。 冯·诺依曼型计算机的设计思想是二进制运算和程序存储（存储程序+程序控制）。其主要组成部件包括：存储器、运算器、控制器和输入/输出设备。 程序是完成一项任务的“命令”的有序集合，在计算机中，这些“命令”称为指令。 指令包括操作码、操作数（的来源与去向）。 每条指令的执行都包括五个步骤：取指令、分析指令、取操作数、执行指令、保存结果。 所有指令逐条依次执行，即可完成规定的任务。 哈佛结构计算机的特点是：程序存储器和数据存储器分离，并各自具有独立的数据总线和地址总线。 本章主要知识点 图灵机 冯.诺依曼计算机 程序与指令 计算机的组成结构 指令的串行执行与并行执行 哈佛结构计算机 * 作业 教材第3章习题： 1，3，5 7～12 * 计算机教学实验中心 2011.9 * 培养计算思维系列课程之一 第3章 微型计算机原理 图灵机模型 程序和指令 冯·诺依曼结构计算机 计算机的工作过程 非冯·诺依曼结构计算机 * 图灵机 Turing machine（TM） 图灵机是一种理论上的模型机器。提出图灵机的目的是为了解释如何用机器来模拟人类用纸笔进行运算的过程。 它能根据一个规则表来处理一条纸带上的符号； 尽管它极其简单，但可以用于描述任何计算机算法。 特别是对于描述计算机中CPU的功能，特别有用。 * 一种思维实验 图灵机是由英国数学家阿兰.图灵在1936年提出的，并称其为“a-机器”（automatic），即自动机器。 图灵机并不是一种实用的计算技术，它仅是一种关于计算的“思维实验”（或思想实验，用时髦的话就是“头脑风暴”）。 图灵机可以帮助计算机科学家了解机器计算的局限性。 * 图灵机模型 图灵机的组成： 有一条无限长的纸带（Tape）用于记录符号——存储器 意味着图灵机具有无限量的存储空间； 纸带划分成一个个连续的方格，每个格子中都有一个符号。 一个读写头（Head） 读写头中有一个状态寄存器（State Register）——记