第一章 绪 论.doc

第一章绪论§(简称计算机,俗称电脑)是20世纪科学技术最卓越的成就之一。自1946年12月世界上第一台电子计算机——电子数字积分计算机ENIAC(puter)——在美国宾夕法尼亚州(Pennsylvania)诞生以来,计算机科学和技术经历半个多世纪的发展,在社会、经济、科技、军事和文化等领域得到了广泛的应用,极大地推动了世界经济的发展和人类文明的进步。如今,计算机已成为人们不可缺少的现代化工具。计算机给人类带来了新的文化、新的工作和生活方式。有人把传统的文化称为“第一文化”,把计算机文化称为“第二文化”,因而,计算机文化教育也一步步地成为人类文化教育(尤其对高校学生)的重要组成部分。1946年,美籍匈牙利数学家冯·诺依曼(VonNeumann)在一篇题为《关于电子计算机逻辑设计的初步讨论》的学术报告中,提出了“存储程序”的概念并且进行了论证;提出了计算机硬件应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大部分组成的体系结构(如图1-1所示);提出了计算机中处理的数据模型是由二进制数所表示的指令和数据;提出了将事先编制好的程序和原始数据一并存入计算机的存储器,启动计算机,在不受人工干预的情况下,计算机自动地、高速地从存储器中取出指令并且执行(被归纳为:二进制、存储程序、程序控制)的思想。这一思想奠定了现代计算机体系结构的基础。半个多世纪来,尽管计算机的体系结构发生了很大的变化,性能不断提高,但本质上仍以冯·诺依曼结构为基础,所以现代计算机又统称为冯·诺依曼计算机。冯·诺依曼计算机特点:·诺依曼计算机的系统结构(硬件结构);(工作原理);(数据形式)。就以上问题逐一进行讨论:§·诺依曼计算机体制中最核心的思想就是:存储程序和程序控制的执行。、连续地执行事先编制的程序§①数值型数据的二进制表示②字符型数据的二进制表示③图形、图像的二进制表示④计算机机器指令的数字化(机器指令)⑤:“0”→低电平;“1”→高电平;负逻辑的表示方法:“1”→低电平;“0”→高电平;①提高数据传输的可靠性②数字组合有利于提高表示范围和精度③数字化数据容易通过硬件实现存储④数字化信息容易通过硬件逻辑电路实现§、软件组成§:组成计算机任何机械的、电子的、磁的物理实体。(CentralProcessingUnit,缩写为CPU),也称微处理机(MicroProcessingUnit,缩写为MPU)是利用微电子技术将运算器和控制器做在一片集成电路(芯片)上的一个独立部件,它具有解释指令、执行指令,以及与其他部件交换数据的功能,是计算机的核心部件。⑴运算器运算器AU(ArithmeticUnit),也称为算术逻辑部件ALU(ArithmeticLogicUnit),由数据寄存器、累加器、算术逻辑部件等组成。运算器负责进行算术运算(加、减、乘、除等)和逻辑运算(与、或、非、异或等),通常以每秒钟能够完成的算术运算次数度量计算机的计算速度。⑵控制器控制器CU(ControlUnit)由指令部件、时序部件和微操作控制部件组成,是计算机的指挥控制中心,其功能是逐条执行程序中的指令。其中,指令部件又由程序计数器(也叫指令计数器)PC(ProgramCounter)、指令寄存器IR(InstructionRegister)和指令译码器ID(InstructionDecode)组成。(MemoryUnit)是计算机系统的记忆部件,主要功能是存放程序和数据。通常将程序或数据存入存储器称“写”存储器,将程序或数据从存储器中取出称“读”存储器。实际微型计算机系统中,总是采用分级的方法来设计整个存储器系统。全部存储器系统从内到外分为四级,即寄存器组、高速缓冲存储器、内存储器和外存储器。该分级顺序的存取速度依次递减,存储容量则是依次递增,位价格是依次递降。微型计算机中的存储器分级结构如图1-2所示。图1-2微型计算机中的存储器⑴寄存器组寄存器组(RegisterGroup)是最高一级的存储器。其作用是暂时存放当前正在运算所需要的数据或指令。寄存器组是中央处理机(CPU)内含的,用于暂存待参加运算的操作数或运算的中间结果。由于受集成度的限制,寄存器组的容量很有限。CPU对寄存器组的读/写操作通常都是发生在本芯片内部,其读/写速度很快,通常存取速度与运算器是同一级的,基本在一个时钟周期内完成