計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)(薛紀(jì)文).ppt

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《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》,第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ),1945年馮提出了正確的關(guān)于計(jì)算機(jī)組成與工作方式的建議，主要思想為：（1）用二進(jìn)制代碼表示數(shù)據(jù)和指令：主要原因是電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、可靠性高、邏輯運(yùn)算簡(jiǎn)單；（2）采用存儲(chǔ)程序工作方式（StoredProgram）：事先編制程序，然后將程序存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)在運(yùn)行時(shí)將自動(dòng)地、連續(xù)地從存儲(chǔ)器中依次取出指令加以執(zhí)行；（3）計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備及輸出設(shè)備等五大部件構(gòu)成。,1.1計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展一、馮諾依曼原理（VonNeumann）,第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC,美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)1946年2月ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)18000電子管30噸170平方米150kw5000次/秒,馮諾依曼,第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC,二、計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程及趨勢(shì),1、電子計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程,2、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì),現(xiàn)代計(jì)算機(jī)不但具有集處理文字、圖形、圖像、聲音為一體的多媒體功能，而且也進(jìn)入到了以網(wǎng)絡(luò)化為特征的時(shí)代，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)為：巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。目前，正處于超大規(guī)模集成電路全面發(fā)展和計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用階段，據(jù)專家預(yù)計(jì)，新一代的計(jì)算機(jī)（第五代）應(yīng)是“智能化”計(jì)算機(jī)，它應(yīng)當(dāng)具有像人一樣的能看、能聽(tīng)、能思考的能力。我國(guó)計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程(詳見(jiàn)教材)。,一、計(jì)算機(jī)分類1、按處理方式分類，可以把計(jì)算機(jī)分為模擬計(jì)算機(jī)、數(shù)字計(jì)算機(jī)以及數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī)。2、按計(jì)算機(jī)的功能分類，一般可分為專用計(jì)算與通用計(jì)算機(jī)。3、按照計(jì)算機(jī)規(guī)模、運(yùn)算速度、存儲(chǔ)能力等因素劃分，通常將計(jì)算機(jī)分為巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)和微型機(jī)等幾類。4、按照其工作模式分類，可將其分為服務(wù)器和工作站兩類。,1.2分類、性能指標(biāo)及應(yīng)用領(lǐng)域,位（Bit）在數(shù)字電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)中采用二進(jìn)制，代碼只有0和1，其中無(wú)論0還是1是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的最小單位，一個(gè)二進(jìn)位只能表示為2種狀態(tài)。字節(jié)（Byte）字節(jié)是計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的基本單位，即以字節(jié)為單位解釋信息，簡(jiǎn)寫(xiě)為“B”。通常說(shuō)某臺(tái)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量是256M，則表示該機(jī)主存儲(chǔ)器的容量是256MB，也就是說(shuō)有256M個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元包含8位二進(jìn)制數(shù)。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，數(shù)據(jù)傳送也是按字節(jié)的倍數(shù)進(jìn)行的。在計(jì)算機(jī)中，1B=8b，1K=1024，1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。字長(zhǎng)CPU在單位時(shí)間內(nèi)一次處理的二進(jìn)制數(shù)的多少稱為字長(zhǎng)。即數(shù)據(jù)總線上一次可同時(shí)傳送的數(shù)據(jù)的位數(shù)。常用的字長(zhǎng)有8位、16位、32位、64位等。也就是說(shuō)的8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)、64位機(jī)。地址在微型計(jì)算機(jī)中，整個(gè)內(nèi)存被分成一個(gè)個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)由一個(gè)唯一的地址來(lái)標(biāo)識(shí)。CPU能夠訪問(wèn)內(nèi)存的最大尋址范圍與CPU的地址線的根數(shù)有關(guān)。如CPU的地址線有32根，則尋址范圍為0～232-1,二、有關(guān)存儲(chǔ)器的幾個(gè)術(shù)語(yǔ),三、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo),1、運(yùn)算速度運(yùn)算速度是衡量計(jì)算機(jī)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。通常所說(shuō)的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度（平均運(yùn)算速度），是指每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)，一般用“百萬(wàn)條指令／秒”（mips，MillionInstructionPerSecond）來(lái)描述。一般說(shuō)來(lái)，機(jī)器的主頻越高，運(yùn)算速度也就越快，主頻單位為兆赫茲（MHz）。2、存儲(chǔ)容量3、總線的傳輸速率在總線上每秒鐘傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)MB/S,即每秒處理多少兆字節(jié)，傳輸速率越高，總線的信息傳輸速度就越快。,4、字長(zhǎng)字長(zhǎng)是CPU一次可以處理的二進(jìn)制位數(shù)，字長(zhǎng)主要影響計(jì)算機(jī)的處理精度和速度，字長(zhǎng)有8位、16位、32位和64位等之分。字長(zhǎng)越長(zhǎng)，表示一次讀寫(xiě)和處理的數(shù)的范圍越大，處理數(shù)據(jù)的速度越快，計(jì)算精度就越高。5、兼容性兼容性是指一臺(tái)計(jì)算機(jī)及其附屬設(shè)備、數(shù)據(jù)文件和程序能在多大的程度上與其他計(jì)算機(jī)共同工作或理解其他計(jì)算機(jī)的相同命令、數(shù)據(jù)格式或語(yǔ)言。6、外設(shè)配置和軟件配備7、可靠性,1.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要組成及工作原理,一、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要組成硬件(Hardware):計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的實(shí)際裝置的總稱。它可以是電子的、電的、磁的、機(jī)械的、光的元件或由它們組成的計(jì)算機(jī)部件或計(jì)算機(jī)。軟件(Software):軟件是相對(duì)于硬件而言的，是使硬件充分發(fā)揮其功能的所有程序的總和。,圖1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成,計(jì)算機(jī)五大硬件部件關(guān)系圖,微型計(jì)算機(jī)的硬件組成,SDRAM內(nèi)存條,DDR內(nèi)存條,CPU中央處理器,硬盤,一、數(shù)制及其表示方法（一）、數(shù)制及其要素：數(shù)制：按進(jìn)位原則進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法。例：十進(jìn)制數(shù)有:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十種狀態(tài)。我們說(shuō)：十進(jìn)制數(shù)基數(shù)10，變化范圍0~（10-1）看一個(gè)十進(jìn)制數(shù)：4094每一位十種數(shù)碼的狀態(tài)(0~9)千百十個(gè)本位值的大小=數(shù)本位權(quán)103102101100如：千位=4103=4000,1.4數(shù)制、碼制和編碼,十進(jìn)制數(shù)有二個(gè)要素：1.基數(shù)：十每一位0、1、2、3、4、5、6、7、8、10-1（逢十進(jìn)一）。2.位權(quán)：10i某一位數(shù)的大小=數(shù)位權(quán).二個(gè)要素也適用于二、八、十六進(jìn)制二進(jìn)制數(shù):基數(shù)2位權(quán)2i八進(jìn)制數(shù):基數(shù)8位權(quán)8i十六進(jìn)制數(shù):基數(shù)16位權(quán)16i,數(shù)制的表示方法第一種方法：（數(shù)值）R，其中R為進(jìn)制的類型。第二種方法：數(shù)值后跟一特定大寫(xiě)英文字母，十進(jìn)制數(shù)用表示符D(或者可省略)，二進(jìn)制數(shù)用表示符B，八進(jìn)制數(shù)用表示符Q，十六進(jìn)制數(shù)用表示符H。例：十進(jìn)制數(shù)423，表示為（423）10或423D或423二進(jìn)制數(shù)1001，表示為（1001）2或1001B八進(jìn)制數(shù)237，表示為（237）8或237Q十六進(jìn)制數(shù)5FE，表示為（5FE）16或5FEH,推廣一般形式（任意十進(jìn)制）：N=[kn?10n+kn-1?10n-1+……+k0?100+k-1?10-1+……+k-m?10-m]=?[ki?10i](i=-m~n)對(duì)于任意進(jìn)制:N=?[ki?Ri]R—基數(shù)，Ri—位權(quán)，逢R進(jìn)一,例:二進(jìn)制數(shù)B=10011101B=1?27+1?24+1?23+1?22+1?20=（157）10,二、數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換：在計(jì)算機(jī)里進(jìn)行運(yùn)算和處理均是按二進(jìn)制數(shù)處理的，而二進(jìn)制數(shù)寫(xiě)起來(lái)麻煩，書(shū)寫(xiě)時(shí)又以八進(jìn)制或十六進(jìn)制表示，日常生活中又常用十進(jìn)制，因此就有數(shù)制之間轉(zhuǎn)換問(wèn)題：1、R進(jìn)制向十進(jìn)制轉(zhuǎn)換方法：各位按權(quán)展開(kāi)相加。例：13Q=181+380=111100B=123+122+021+020=122CH=2161+12160=44,2、十進(jìn)制數(shù)向R進(jìn)制轉(zhuǎn)換方法：整數(shù)部分和小數(shù)部分要分開(kāi)處理：整數(shù)部分轉(zhuǎn)換方法：除以R取余數(shù)，直到商為0，余數(shù)自下而上排列。小數(shù)部分轉(zhuǎn)換方法：乘以R取整數(shù)，直到積為0或達(dá)到精度的要求，整數(shù)自上而下排列。,,3、二進(jìn)制數(shù)向八進(jìn)制、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換方法：以小數(shù)點(diǎn)為基準(zhǔn)向左和向右每三位（四位）劃為一組，不足三位（四位）補(bǔ)零。然后將每組轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的八進(jìn)制（十六進(jìn)制）數(shù)碼，把得到的八進(jìn)制（十六進(jìn)制）數(shù)碼拼起來(lái)即可。（說(shuō)明：八進(jìn)制為每3位一組，十六進(jìn)制為每4位一組）,4、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)向二進(jìn)制轉(zhuǎn)換方法：按“一位拆三位”，可以將八進(jìn)制數(shù)向二進(jìn)制轉(zhuǎn)換；按“一位拆四位”，可以將十六進(jìn)制數(shù)向二進(jìn)制轉(zhuǎn)換。,