沈鑫剡编著《计算机基础与计算思维》第3章配套课件.ppt

《沈鑫剡编著《计算机基础与计算思维》第3章配套课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、计算机基础与计算思维第三章第3章计算机硬件组成图灵机模型冯.诺依曼结构机器语言机器语言程序执行过程第3章难点和重点学习思路计算机硬件结构和工作过程；PC组成和工作过程；计算机如何做。第3章计算机硬件组成本章主要内容从图灵机模型到冯.诺依曼结构核心部件功能和指令执行过程PC硬件组成和工作原理PC核心部件性能指标PC发展过程第3章计算机硬件组成3.1从图灵机模型到冯.诺依曼结构本讲主要内容图灵机模型冯.诺依曼结构无线长度带子：每一格可以读写符号集中符号读写头：读出或写入当前位置符号控制器：完成状态转换控制器和读写头每次可以左右移动一格无线长度带子：每一格可

2、以读写符号集中符号读写头：读出或写入当前位置符号控制器：完成状态转换控制器和读写头每次可以左右移动一格一、图灵机模型指令由以下内容组成控制器当前状态；读写头读到的符号；用于取代读写头当前位置符号的符号（新写入符号）；控制器转换后的状态；读写头移动方向（左移、右移、保持不动）。一、图灵机模型指令用五元组（qi，Sj，Sk，ql，D）表示qi表示控制器当前状态；Sj表示读写头当前位置读到的符号（包括空格符）；Sk表示读写头新写入当前位置的符号（包括空格符）；ql表示控制器转换后的状态；D表示读写头移动方向。一、图灵机模型一、图灵机模型图灵机每次计算需要完成

3、的配置定义符号集{0,1,b}定义状态集{q1,q2,q3,H}q1初始状态，读写头指向末位；q2读写头指向其他位，进位c=0q3读写头指向其他位，进位c=1H停机状态定义指令序列（q1，0，1，q2，L）（q1，1，0，q3，L）（q2，0，0，q2，L）（q2，1，1，q2，L）（q3，0，1，q2，L）（q3，1，0，q3，L）（q2，b，b，H，N）（q3，b，1，H，N）一、图灵机模型图灵机工程化思路编码将符号集中的所有符号和状态集中的所有状态转换成控制器电路能够处理的信息形式，这种信息形式称为编码通用指令格式一是需要规范指令中各个元素的表示

4、形式；二是需要定义完整的指令集。一、图灵机模型带子、控制器电路设计一是实现能够存储、读和写符号编码的部件；二是实现能够执行指令集中所有指令的部件。一、图灵机模型二、冯.诺依曼结构一是冯诺依曼结构为什么是现代计算机结构？抽象自动化冯诺依曼结构与图灵机之间关系冯．诺依曼结构用二进制数表示所有信息，实现了数据抽象。冯．诺依曼结构存储程序思想一是可以定义通用指令系统，且用二进制数表示指令，因此可以用存储器统一存储数据和指令。二是可以用一系列指令描述完成运算过程的步骤和运算过程涉及的原始数据，且通过由计算机自动执行这一系列指令实现运算过程的自动化。三是用一系列指

5、令描述的完成运算过程的步骤适用于所有运算对象。二、冯.诺依曼结构冯.诺依曼结构二、冯.诺依曼结构输入设备的功能是实现数据（计算对象的二进制数表示）和指令从计算机外部到存储器的过程；输出设备是实现计算结果从存储器到计算机外部的过程；存储器用于存储、读和写数据和指令；控制器用于执行指令，每执行一条指令，完成一次操作，通过执行一系列指令，完成构成某个计算过程的一系列操作步骤；运算器用于实现数据的运算过程，这些运算过程包括两个数据的四则运算过程和逻辑运算过程等。二、冯.诺依曼结构冯.诺依曼结构与图灵机模型之间的关系图灵机是现代计算机的计算模型，冯．诺依曼结构是

6、图灵机的工程实现，也是现代计算机结构的基础。二、冯.诺依曼结构3.2核心部件功能和指令执行过程本讲主要内容存储器运算器控制器计算机工作过程存储程序的本质一、存储器每一行是存储单元；地址作为存储单元标识符；以存储单元为单位读写；地址用二进制数表示。地址位数与存储单元数n位二进制数可以标识2n个不同的存储单元。1K存储单元=210存储单元1M存储单元=220存储单元1G存储单元=230存储单元1T存储单元=240存储单元一、存储器外部引脚包括m位地址位（A1，A2，…，Am）；n位数据位（D1，D2，…，Dn）；一位读/写控制位（R/W）。一、存储器存储器

7、读操作过程如下：通过m位地址位选定存储单元，通过读写控制位发出读命令，存储器将该存储单元内容发送到数据位上；存储器写操作过程如下：通过m位地址位选定存储单元，将需要写入的数据发送到数据位上，通过读写控制位发出写命令，存储器将数据位上的内容写入到地址选定的存储单元。一、存储器二、运算器操作数1和操作数2是需要进行运算的两个操作数（输入）；操作码用于指定需要进行的运算（输入）；输出是运算结果。二、运算器三、控制器取指是从存储器中读出指令；执行指令是指控制器根据指令的含义和控制器当前状态，完成指令的执行过程。程序计数器的作用是给出存储依次执行的所有指令的存储

8、单元地址；指令寄存器用于存放从存储器中读出的指令；指令译码器根据指令的含义和状态寄存器的值确定