[工学]计算机原理.pptVIP

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 1.4.1 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 1 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（John Atanasoff）和他的助手克里夫德·柏利（Clifford Berry）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（Tommy Flowers）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，全世界共有10余台这样的机器，由于高度必威体育官网网址长期不为人知。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, Electronic Numerical Integrator and Calculator, 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（John Manchly）和他的学生J.普雷斯佩尔·艾克特（J. Presper Eckert）在美国宾夕法尼亚大学摩尔电子工程学校建造的。 冯·诺依曼 原理 冯·诺依曼在参与ENIAC的建造过程中，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。 （2）计算机的计算程序必须存储在其存储器中。 （3）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。 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