算机工作原理的通俗.pptxVIP

2.计算机工作原理的通俗理解计算机的基本思路计算机的基本组成原理计算机基本概念

本章重点【学习目标】：了解计算机的基本组成；了解计算机软硬件划分的原则。【知识点】：（1）如何理解程序？（2）如何理解指令？（3）如何理解存储？（4）冯诺依曼体系是如何工作的？（5）如何区分“硬件”和“软件”？【重点】：理解计算机为什么会出现冯?诺依曼体系。

关于计算问题是一个困扰了人类长达几千年的问题，其中一个重要的问题就是：到底什么是计算？01人类还有一个梦想：能否让计算自动进行？02这些问题直到20世纪初才有了答案。032.1关于计算问题

可计算理论：通过建立计算的数学模型，区分哪些是可计算的，哪些是不可计算的。计算的过程就是执行算法的过程。01可计算性（calculability）是指一个实际问题是否可以使用计算机来解决。02一个可以使用计算机解决的问题是“可以在有限步骤内被解决的问题”。03分析某个问题的可计算性意义重大，它使得人们不必浪费时间在不可能解决的问题上。04可计算性

可计算性【例2.1】若m和n是两个正整数，并且m≥n，求m和n的最大公因子的欧几里得算法可表示为：E1：[求余数]以n除m得余数r。E2：[余数为0吗?]若r=0，计算结束，n即为答案；否则转到步骤E3。E3：[互换]把m的值变为n，n的值变为r，重复上述步骤。我们发现：（1）计算过程是有穷的（有限性）；（2）计算的每一步都是能够机械实现的（机械性）。可以在有限步内机械地完成？

【例2.2】求sin(x)的值常用的方法是泰勒级数展开01我们看到：（1）泰勒级数可以无穷展开，但实际应用中在一定精度范围内步骤即变为有限步；（2）每一项的算法步骤基本一致，只是个别地方数字的变化；（3）将求正弦函数值的问题转化成了四则运算（基本计算）。这给我们一个思路：是否可以将一些复杂的计算转换为简单的、基本的计算（四则运算）？答案是肯定的。02可计算性

可计算性假设要设计这样一台机器，具备加减法运算能力，可以按照泰勒级数的公式自动计算正弦函数值。显然存在几个问题：（1）x是一个变量，每次计算时会给定一个确定的值，例如：π/3.，其它的数都是常数（1,2,3,4,5,6,7,8,9，……），很显然这些数包含整数、小数，还有一个无限不循环小数，机器如何认识这些数？（2）虽然简化运算为四则运算，机器如何知道什么时候用加法？什么时候做减法？……，换句话说，机器如何认识+、-、x、÷呢？（3）公式中含有括号，就是说运算过程中存在着运算的顺序，先算括号内的，后算括号外的，而且加减乘除本身也有先算乘除后算加减的顺序，机器如何按照数学要求的顺序执行呢？

算8*9得到72，先记在纸上；1计算x*x得到一个值（1.0955），再记在纸上；2计算1.0955/72，得到一个值0.0152，再记在纸上；3计算1-0.0152得到0.9848，记在纸上；4按同样的方法和步骤计算出的值，记录在纸上，将该值按照公式乘以0.9848；5用1减去（5）得到的值；6……。7人的计算步骤

这给我们一个思路如果设计一台机器用于计算，每一个时刻都只需要进行加减乘除四则运算中的一种机器如何获得该数据呢？每一种运算显然都需要有参与运算的数据，人类是通过感觉器官获得的数据（眼睛看、耳朵听、手摸……）机器如何获得这些规则?获得了数据，显然需要运算，我们知道1+2=3，6*7=42，……而这些是我们非常熟悉的公式，数学运算都需要按照上述公式计算，换句话讲，机器如果想计算，必须也知道这些运算规则。机器如何记录计算的中间结果？假设机器能获得运算数据，也知道运算规则，从人类的计算步骤看，都有一个“记”下中间运行结果的过程，该中间结果可能参与后面的计算，那机器如何记录中间结果，又如何能够将中间结果告知人类，或者参与下面的计算呢？

关于运算器加法器，有两个输入和一个和两个输入：加数、被加数，一个输出：和，先不考虑进位与借位问题。+加数加数和图2.1加法计算示意图

考虑逻辑运算的异或运算关于运算器加法器的实现？十进制如何实现？X二进制呢？二进制加法运算规则：0+0=0;1+0=1;0+1=1;1+1=10（最低位为0，1为进位位）不考虑进位的情况下二进制加法运算规则为：0+0=0;1+0=1;0+1=1;1+1=0（进位位被丢掉）

关于运算器加法器在不考虑进位的情况下等价于异或门所以，可以用“异或”电路实现无进位加法运算加数加数和XOR图2.2加法计算示意图

考虑进位的加法运算和加数加数XORXORANDANDOR来自其它的进位和进位图2.3带进位加法计算示意图

考虑进位的加法运算一位二进制加法运算器的逻辑图：3个输入、两个输出两个加数（输