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1、,计算机系统,一、计算机系统的组成,计算机系统=硬件系统+软件系统,硬件系统和软件系统相辅相成缺一不可，硬件是躯体，软件是灵魂和头脑。,程序设计语言处理程序,计算机系统,运算器,服务程序,软件,系统软件,应用软件,控制器,硬件,主机,外部设备,外存储器,中央处理器,内存储器,输入设备,输出设备,操作系统,数据库管理系统,通用应用软件,专用应用软件,硬件系统=各功能部件的集合 软件系统=各种程序和有关资料的集合,硬件系统的组成,运算器和控制器统称为中央处理器(CPU)，在微型计算机中，运用超大规模集成电路技术把它们集成在“微处理器”芯片上； 存储器包括内存储器和外存储器； 输入设备和输出设备有时
2、合称为I/O设备。 在微型计算机中，运算器和控制器是最核心的部件，计算机的发展以CPU的发展为主要标志。,软件系统的组成,计算机系统的层次结构图,系统软件是计算机用来管理、控制和维护计算机软、硬件资源，使其充分发挥作用，提高效率，并能使用户可以方便地使用计算机的程序集合。,二.冯诺依曼体系结构 冯诺依曼设计思想可概括为以下三点： 计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部件组成 计算机应采用二进制来表示指令和数据 计算机能自动逐条取出指令和执行任务 上述设计思想集中到一点，就是“存储程序”的概念。这样的计算机被称为冯诺依曼结构计算机。,冯诺依曼体系结构的历史局限性,1.采用
3、存储程序方式，指令和数据不加区别混合存储 2.存储器是按地址访问的线性编址的线性结构，每个单元的位数固定； 3.以运算器为主心，I/O设备与存储器间的数据传送都要经过运算器； 4.以二进制表示的限制,计算机体系结构的发展,1.并行计算机 2.向量计算机 3.生物计算机 4.神经计算机 5. 量子计算机,1.并行计算机,并行处理：同一时刻或同一时间段内完成两种或两种以上的工作。通常采用时间重叠或资源重叠方法,时间重叠多个处理过程在时间上互相错开，如流水线计算机系统。,资源重叠重复设置硬件设备，即计算机中资源最紧张的设备就使用多个，如多处理器系统。,并行计算：利用并行计算机系统进行信息的并行处理，
4、并行算法是并行处理在研究重点之一。 并行算法的目标：以空间换时间，即通过增加空间的维数和处理器的台数来换取算法实现所需时间。,2.向量计算机,标量程序中所使用的常量、变量或数组等数据结构的每一个元素 程序的指令序列称为标量指令序列 一条标量指令只能处理一个或一对操作数 基于冯诺依曼体系结构的计算机属于标量计算机,向量一组性质相同的、相互独立的标量，如数据中的N个元素。对这样一组数的处理叫做标量处理。 一条向量指令能处理N个或N对操作数,能够使用向量指令的计算机叫做向量计算机,向量计算机的优点：效率高、适用性强,3.生物计算机,醌：一类含有两个双键的六员环状二酮（含两个羰基）结构的有机化合物,用
5、半醌类有机化合物的分子或蛋白质的分子作元件，制造半醌型或蛋白质型计算机。,4.神经计算机智能计算机,神经计算机在接收与处理命令时模拟人脑的思维功能，它将人造神经元组装起来，形成智能“机器脑”。,神经计算机的特点：模拟人的思维方式，由权重可变的人工神经元构成复杂网络组成，不现时是以完全编程的方式解决问题，具有自学习、自组织和自适应能力。,5. 量子计算机,量子计算机遵循量子力学规律进行高速数学与逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。,量子计算机的优点：,解题速度快 存储量大 搜索功能强大 安全性较大,指令是计算机硬件可执行的、完成一个基本操作所发出的命令或指示。一台计算机的基本指令的集合称为该
6、计算机的指令系统。 一条指令是用一串二进制代码表示，它可分成两部分：,计算机的指令系统,程序是指用户根据某一问题的解决步骤，选用一条条指令进行有序排列的集合。,例如 ADD AX，BX。,操作码：表示指令的操作性质，如加、减。 操作数：是操作过程中涉及的数据来源。,计算机的指令系统,操作数在大部分情况下是地址码,地址码的形式：,零地址指令格式：,例如：HLT,八进制000000（停机）,一地址指令格式：,例如：ADD R1 相当于（AC）ADD(R1)-AC,二地址指令格式：,例如：ADD AL,BL,计算机的指令系统,当采用地址指定方式时，形成操作数的地址或指令地址的方式叫做寻址方式。,立即
7、寻址,间接寻址,变址寻址,计算机的指令系统,一条指令的执行阶段分为：,取指令,分析指令,执行指令,存储指令,计算机的指令系统,指令系统：一台计算机所能执行的各种不同类型指令的总和。,指令的分类：,数据传送类指令,运算类指令,程序控制类指令,输入输出类指令,CPU控制和调试类指令,计算机工作原理,编写程序 输入程序 执行程序 继续下一条指令,三、微型计算机的硬件系统,在微机中，通过系统总线把CPU、存储器、输入设备和输出设备连接起来，实现信息交换，如下图所示。,1)微型计算机的基本结构,1中央处理器（Central Processing Unit ,CPU）,AMD 和Intel公司的CPU,2
8、)微型计算机的硬件及其功能,三、微型计算机的硬件系统,2)微型计算机的硬件及其功能,CPU主要包括运算器（ALU）和控制器（CU）两大部件，属于计算机的核心部件。 CPU是一个集成度很高、功能强大的芯片，又称为微处理器。 CPU的性能指标主要有字长和时钟主频，当前流行的Pentium4的CPU每次能处理32位二进制数据。 CPU芯片中集成了高速缓冲寄存器（Cache）， Cache为了解决高速的CPU与RAM之间速度不匹配的问题而设置的寄存器。,1中央处理器（CPU）,三、微型计算机的硬件系统,2.存储器,2)微型计算机的硬件及其功能,存储器用来存储程序、数据和信息，是计算机内各种数据和信息存
9、储及交流的中心。,存储器分类,按作用和位置,主存储器（内存）,辅助存储器（外存）,缓冲存储器,随机存储器（RAM）,只读存储器（ROM）,按工作方式,可读可写存储器,只读存储器,按存取方式,随机存储器（RAM）,顺序存储器（SAM）,直接存储器（DAM）,按介质材料,磁存储器,半导体存储器,光存储器,三、微型计算机的硬件系统,2)微型计算机的硬件及其功能,一个软盘的存储容量可由下列公式求出： 容量=磁面数磁道数扇区数扇区字节数,总容量= 8018512=1.44MB,3.5英寸软磁盘存储器,80个磁道,18个扇区,512个字节,三、微型计算机的硬件系统,硬磁盘,2)微型计算机的硬件及其功能,硬
10、盘容量柱面数扇区数每扇区字节数磁头数,硬磁盘侧面,硬磁盘正面,三、微型计算机的硬件系统,2)微型计算机的硬件及其功能,3.输入设备,输入是指将要进行处理的数据送入计算机的过程。 输入设备是把程序和原始数据等转变为计算机能识别的信息存放到内存中的设备。 输入设备有以下几类： 字符输入类：键盘 指点输入类：鼠标器、光笔、触摸屏 扫描输入类：扫描仪、条形码读入器等 语音输入类：磁卡阅读机、话筒等,三、微型计算机的硬件系统,2)微型计算机的硬件及其功能,4.输出设备,输出是指将计算机处理的数据转换为用户需要的形式。输出设备是把计算机的处理结果以人们或现场所接受的形式表达出来的设备。 输出设备可分为四大
11、类： 显示器：字符方式,图形方式 打印机：击打式,非击打式 绘图仪：平板式,滚筒式 语音输出系统：语音输出,音乐音响输出,三、微型计算机的硬件系统,2)微型计算机的硬件及其功能,5.总线和主板,总线是连接微机系统中各个部件的一组公共信号线，是计算机中传输数据和信息的公共通道。,总线分类,总线按传送的信息,地址总线（AS，Address Bus）,数据总线（DB，Data Bus ）,控制总线（CB，Control Bus）,总路按连接部件的不同,内部总线,系统总线,总线体现在硬件上就是计算机主板,三、微型计算机的硬件系统,2)微型计算机的硬件及其功能,5.总线和主板,主板主要有以下部分组成：芯
12、片组、CPU插座、内存插槽、总线扩展槽、输入输出接口、BIOS和CMOS。,三、微型计算机的硬件系统,3)微型计算机的技术指标,1字长 2时钟主频 3运算速度 4存储容量 5存取周期,计算机的性能涉及体系结构、软硬件配置、指令系统等多种因素，一般来说主要有下列技术指标：,三、微型计算机的硬件系统,计算机软件系统,一、计算机软件概述,计算机软件：为运行、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据和文档的总称。,程序：为实现特定的目标或解决特定问题而用计算机语言编写的命令序列的集合。,数据：程序处理的对象和处理的结果,文档：描述相应软件的开发过程、开发成果及其使用的相关资料。,计算机软件是计算机硬件与
13、用户的一座桥梁,计算机软件系统,一、计算机软件概述,计算机软件系统,一、计算机软件概述,1、计算机软件发展的阶段,程序设计时代(1946-1958) 软件时代(1956-1968) 软件工程学时代(1968-),操作系统,一、计算机软件概述,2、计算机软件分类,-应用角度,计算机软件系统,系统软件 支撑软件 应用软件,硬件,应用软件,支撑软件,一、计算机软件概述,计算机软件系统,3、程序设计语言概述,1.计算机语言发展的历程,机器语言 优点：直接理解与执行、速度快、占用内在少 缺点：通用性差,汇编语言（符号化的机器语言） 优点：比机器语言易理解、易调试与维护、速度快、占用内在少 缺点：移植性差
14、,汇编语言程序,机器语言程序,汇编程序,源程序,目标程序,一、计算机软件概述,计算机软件系统,3、程序设计语言概述,1.计算机语言发展的历程,汇编语言程序,机器语言程序,编译,源程序,目标程序,结构化语言（高级语言） 优点：直接理解与执行、速度快、占用内在少 缺点：需编译,典型的高级语言： RORTRAN BASIC C语言,#include main() int a,b,sum; scanf(“%d %d“, ,一、计算机软件概述,计算机软件系统,3、程序设计语言概述,1.计算机语言发展的历程,结构化语言（高级语言）,一、计算机软件概述,计算机软件系统,3、程序设计语言概述,1.计算机语言发
15、展的历程,面向对象语言（高级语言）,面向对象语言的鼻祖Simula67（20世纪60年代）,纯面向对象语言C+（20世纪80年代）,C+类库-,Borland公司的OWL（Object Windows Library） Microsoft公司的MFC(Microsoft Foudation Class),标准、大众化Java（20世纪90年代,Sun）,简洁-C#（近期, Microsoft）,2、语言处理系统,C语言、pascal编译方式,Java解释方式,2、语言处理系统,程序设计方法：,结构化程序设计 面向对象程序设计,2、语言处理系统,结构化程序设计-面向过程,方法：以模块化设计为中心
16、，将待开发的系统划分为若干个独立的模块。,过程：,分析解决的问题 确定解决问题的算法 编制程序 调试和修改程序 完善与编写文档,2、语言处理系统,结构化程序设计-面向过程,基本结构：顺序结构 & 选择结构 & 循环结构,语句1,语句2,语句3,顺序结构,2、语言处理系统,基本结构：顺序结构 & 选择结构 & 循环结构,2、语言处理系统,case2,Case n,case i,case1,多分支结构,基本结构：顺序结构 & 选择结构 & 循环结构,2、语言处理系统,结构化程序设计-面向过程,case2,case1,条件,选择结构,2、语言处理系统,基本结构：顺序结构 & 选择结构 & 循环结构,2、语言处理系统,2、语言处理系统,A,exp,基本结构：顺序结构 & 选择结构 & 循环结构,2、语言处理系统,结构化程序设计-面向过
