计算机系统概论

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1、第一章计算机系统概论1.1计算机的语言计算机语言经历了由机器语言→汇编语言→高级语言的发展过程。机器语言是和计算机的硬件设计同时产生的，是一组由二进制代码（0和1）组成的指令和数据。由于机器语言烦琐、单调，难于看懂，给使用和记忆都带来很多困难。所以，人们对它进行了改进，赋予每条指令一个名称，这种指令码的名称叫“助记符”。采用这种助记符的语言就是汇编语言。计算机结构：系统程序员所能见到的计算机硬件特性。计算机组成：指计算机硬件的具体实现。1.1计算机的语言汇编语言虽然比机器语言便于记忆和书写，但还是有许多不足：如功能有限，编程工作繁重而费时，依赖处理器，这些都限制了汇编语言的

2、应用范围。因此，又导致了高级语言的诞生。常用于科学计算和数据处理的高级语言有：C，BASIC，FORTRAN，ALGOL，PASCAL，COBOL，Ada等。常用于人工智能的语言有LISP和PROLOG等。计算机只能执行机器语言，因此，汇编语言和高级语言都要先经过编译，将其翻译成机器语言，然后计算机才能执行。1.2计算机的硬件组成计算机的基本部件：中央处理器CPU（运算器和控制器）、存储器、输入输出设备。输入设备用来输入原始数据和处理这些数据的程序（输入数据和程序）。输入的信息有数字符、字母和控制符，这些字符通常用ASCII码表示，它用7位二进制码来表示一个字符，因此有27

3、即128个，最高一位（第8位）可用于奇偶校验或作其他用处，如果第8位也用作字符编码，则有28即256个，第128~255称为扩展ASCII码。在计算机中，一般把8位二进制码称为一个字节。最常用的输入设备是键盘。1.2计算机的硬件输出设备用来输出计算机的处理结果，可以是数字、字母、表格、图形等。最常用的输出设备是显示器和打印机。存储器用来存放程序和数据，是计算机各种信息的存储和交流中心。存储器又分为主存储器和辅助存储器，当前在计算机上运行的程序和数据是存放在主存储器中的。中央处理器又叫CPU，在早期的计算机中分成运算器和控制器两部分，由于电路集成度的提高，现在已把它们集成在一

4、个芯片中。1.2计算机的硬件运算器是对信息或数据进行处理和运算的部件，经常进行的是算术运算和逻辑运算，所以在其内部有一个算术及逻辑运算部件（ALU）。算术运算是按照算术规则进行的运算，如加、减、乘、除、求绝对值、求负值等。逻辑运算是指非算术性质的运算，如比较大小、移位、逻辑乘、逻辑加等。在计算机中，一些复杂的运算往往被分解成一系列算术运算和逻辑运算。控制器主要用来实现计算机本身运行过程的自动化，即实现程序的自动执行。1.2计算机的硬件在计算机中，各部件间来往的信号可分为三种类型：即地址、数据和控制信号，通常这些信号是通过总线传送的。因此计算机中的总线有地址总线、数据总线和控

5、制总线三类。（见第4页图1.1）1.3计算机系统的层次结构计算机解题的一般过程：用户用高级语言编写程序，连同数据一起送入计算机（用户程序一般称为源程序）；然后由计算机将其翻译成机器语言程序（称为目标程序）；在计算机上运行后输出结果。用高级语言编写程序翻译成机器语言执行程序源程序目标程序输出结果人工编写计算机上运行计算机上运行1.3计算机系统的层次结构虚拟机器M4(高级语言机器)虚拟机器M3(汇编语言或中间语言机器)虚拟机器M2(操作系统机器)实际机器M1(机器语言机器)高级语言程序经编译程序翻译成汇编语言或中间语言程序本级语言程序经编译程序翻译成机器语言程序或操作系统语言一

6、般用机器语言解释操作系统语言由硬件或微程序执行机器语言1.3计算机系统的层次结构不同计算机系统之间的多层次结构的划分与实现方法是有差别的，一般来说，相邻级语言的语法结构的差别不要太大，这样才便于编译或解释，但最后总是要翻译成能在机器上执行的机器语言程序。1.4电子计算机的发展简史世界上第一台电子计算机----ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandComputer):电子数字积分器和计算机1943年启动该项目,1946年建成;是一台十进制而非二进制的机器;运算速度:5000次加法/秒；手动编程----通过设置开关和插拔电缆实现最初建造的原

7、目的是计算导弹的射程,但第一项任务是用于氢弹的计算,表明了其通用性的特点。图片J.VonNeumannMachineJohnvonNeumann是ENIAC的项目顾问,1945年提出了“程序存储概念”,并于1946年提出一种新的程序存储计算机----IAS.虽然到1952年仍未完成,但却是以后的通用计算机的原型。到现在为止，所有的计算机都采用了这种方式，称为冯.诺依曼计算机。冯.诺依曼计算机的特点：计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。采用存储程序的方式，程序和数据放在同一个存储器中，指令和