大学计算机基础第2章-计算机系统(非师范B讲稿)

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1、1,大学计算机应用基础,主讲教师:杜云 -西南大学计算机与信息科学学院 E-mail：Dyun61163.Com,2,第二章 计算机系统,2.1 计算机系统概述 2.2 计算机硬件系统和工作原理 2.3 计算机软件系统 2.4 微型计算机硬件组成,3,2.1 计算机系统概述,系统软件 应用软件,计算机系统=硬件系统+软件系统,硬 件,软 件,4,计算机系统的组成,硬件 系统 软件 系统,运算器：执行各种算术运算和逻辑运算 控制器：控制程序运行，协调各部件动作 存储器：存储指令和数据 输入设备：接受用户的指令和数据 输出设备：呈现程序运行结果,系统软件：面向系统 应用软件：面向应用,CPU（微处

2、理器）,内存：RAM、ROM 外存：硬盘、软盘、CD-ROM,键盘、鼠标、扫描仪,显示器（屏幕）、打印机,Windows、Unix、C,MS Office、Photoshop、WPS,主机,外设,计算机系统,5,2.2.1 计算机硬件系统,计算机硬件包括主机和外设,2.2 计算机硬件系统和工作原理,6,计算机系统的硬件组成( 各部分的功能）,冯.诺依曼思想： 二进制 程序与数据一样存放在内存 五大模块,存储器,数据流,控制流,运算器,外存储器,输 出 设 备,内存储器,输 入 设 备,控制器,7,(微）处理器,控制器,运算器,控制整个计算机所有部件的工作,执行算术运算和逻辑运算,CPU,8,双

3、（多）核处理器,双核处理器是指在一个处理器上集成两个运算核心，从而提高计算能力。“双核”的概念最早是由IBM、HP、Sun等支持RISC架构的高端服务器厂商提出的，主要运用于服务器上。而台式机上的应用则是在Intel和AMD的推广下，才得以普及。,RISC的英文全称为“Reduced Instruction Set Computing”，中文即“精简指令集”，它的指令系统相对简单，目前在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的CPU，特别是高档服务器全都采用RISC指令系统的CPU。,9,存储器,存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合， 每个记忆单元由8位二进制位组成，可读写其中的数据。,存储

4、器通常分为内存储器和外存储器,存放大量信息 的外存储器,信息交流中心 内存储器,内存储器,外存储器,10,每个记忆单元由8位二进制位组成。,1KB=210B=1024B 1MB= 210KB= 1024KB 1GB= 210MB= 1024MB 1TB= 210GB= 1024GB,字节-BYTE,7 6 5 4 3 2 1 0,位-Bit,存储容量单位位,11,内存储器的访问过程,11101101,11101101,11101101,11101101,10001101,11001101,10001101,11101101,地址0001,控制:写,10000000,12,输入输出设备,常用输入

5、设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。 常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。,13,2.2.2计算机的工作原理,指令和指令系统 程序 计算机的一般工作过程 程序的执行方式,14,指令的概念-什么是计算机指令 计算机在解题时,总是将复杂的解题过程分解成许多小的步骤语句，每一步骤可对应计算机的一个或一组基本操作。每一基本操作就是在设计计算机时规定电子线路能完成一条命令,称为指令。 计算机完成一个最基本的操作的命令称为指令。 例如：计算机在存储器中取出一个数据，称为取数指令，将两个单元内的数相加就是累加指令等等。,指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作。,15,数据传送指令

6、 数据处理指令 程序控制指令 输入输出指令 其它指令,If Goto, And Or,对计算机的硬件进行管理等,指令,指令的结构,分类,操作码-要完成的操作类型或性质 操作数-操作的内容或所在的地址,指令的功能,16,指令举例,机器语言指令：10110000 00001111 15累加器A 00101100 00001010 10 + A A 11110100 结束,停机,汇编语言指令：MOV A , 15 15累加器A ADD A , 10 10 + A A HLT 结束,停机,C+语言指令：A=15+10 10 + A A RETURN 结束,停机,17,计算机的指令系统 指令系统是指机器

7、所具有的全部指令的集合。它反映了计算机所拥有的基本功能。 通常我们说的加法指令、传输数据指令等等就是计算机的指令，这些指令就是告诉计算机从事某一特殊运算的代码，一种计算机系统所有的这些指令的集合就是这种机器的指令系统。 指令系统与计算机的CPU相关，各种型号的CPU，其指令系统也不尽相同。,18,程序的概念,程序：为完成某个任务，按一定顺序组织在一起的指令序列 程序是让计算机按人们事先安排好(设计好)的流程进行工作,序,19,比较两个数大小机器语言程序,地址 机器指令 注释 - - - 0000 B8 5F5F ;取数据段地址 0003 8E D8 ;设置数据段寄存器 0005 A1 0000

8、 ;把数1(var1)的值送到ax寄存器 0008 8B 1E 0002 ;把数2(var2)的值送到bx寄存器 000C 3B C3 ;比较两个数 000E 72 07 ;如果数1小于数2则转移到001AH 0010 8D 16 001C ;取字符串数1大于等于数2的指针 0014 EB 05 ;转显示 0016 8D 16 0004 ;取字符串数1大于等于数2的指针 001A B4 09 ;调用DOS的显示字符串功能 001C CD 21 ;显示字符串 001E B4 4C ;退出程序 0020 CD 21,20,标号 汇编指令 注释 - - - mov ax,data ;取数据段地址 m

9、ov ds,ax ;设置数据段寄存器 mov ax,var1 ;把数1(var1)的值送到ax寄存器 mov bx,var2 ;把数2(var2)的值送到bx寄存器 cmp ax,bx ;比较两个数 jb le1 ;如果数1小于数2则转移到le1地址 gr1: lea dx,grea ;取字符串数1大于等于数2的指针 jmp dis ;转显示 le1: lea dx,less ;取字符串数1大于等于数2的指针 dis: mov ah,9 ;调用DOS的显示字符串功能 int 21h ;显示字符串 mov ah,4ch ;退出程序 int 21h,比较两个数大小汇编语言程序,21,比较两个数大小

10、的VB语言程序,m = InputBox(输入数M) n = InputBox(输入数N) If m n Then Print 大的一个数是, m Else Print 大的一个数是, n End If,22,二、计算机基本工作原理（过程）,计算机的工作过程就是执行程序的过程,计算机是在程序的控制下工作的 人们事先编写设计好程序 并将程序输入到计算机中存储起来 CPU根据程序中的指令控制计算机各个部件工作 各个部件根据指令码规定完成各种动作,23,指令的执行过程分为以下4个步骤： 取指令 按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送往指令寄存器。 分析指令 对指令寄存器中存放的指令进行分

11、析，由译码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由地址码确定操作数地址。 执行指令 由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。 一条指令执行完成，指令计数器加1 或将转移地址码送入程序计数器，然后回到。,24,1.指令的串行执行 指令的串行执行是当执行指令的三个部件依次全部完成后，才开始下一条指令的执行，在此过程中在执行某功能部件时，其他两个功能部件是不工作的。 2.指令的并行执行 指令的并行执行就是使这三个功能部件并行工作，则可提高计算机执行指令的速度，现在的计算机一般采用流水线技术。 则有三条指令的并行执行均理论速度是串行执行的3倍

12、,25,程序控制示意图,中央处理器,运算器,控制器,程序,存储器,程序,程序,程序,程序,程序,程序,程序,指令,指令,指令,指令,指令,指令,指令,26,计算机基本工作原理 指令的执行演示 计算机指令执行过程1.swf,27,计算机是如何工作的？,读取指令,输入设备,控制器,运算器,存储器,输出设备,数据流,控制流,冯诺依曼存储程序工作原理 1、指令和数据用二进制表示 2、自动执行事先编写并存储在内存中的程序,28,举例说明计算机的工作过程-1+1演示 1+1工作过程.swf,29,程序与数据在计算机中均按二进制存储 要执行的程序和处理数据，必须先存储在内存中 在CPU的控制下，自动从存储器

13、中取出指令并执行，完成各种动作。 指令处理方式按逻辑顺序一条条指令地处理: 在运行时，从内存中取出一条指令； 按指令要求，从存储器中取出数据进行指定运算； 按地址把结果送到内存中去。 再取下一条指令，重复上述操作，直到结束为止。,计算机工作原理小结,以中央处理器为核心的程序控制的工作原理,30,2.3 计算机软件系统,软件是指程序、程序运行所需要的数据以及开发、使用和维护这些程序所需要的文档的集合。,操,统,作,系,语言处理,程序,实用程序,应用软件,系统软件,用户,31,2.3.1系统软件,1.操作系统（第四章介绍）,32,机器语言,特点： 编程工作量大，难学、难记、难修改，只适合专业人员使

14、用；由于不同的计算机，其指令系统不同，机器语言随机而异，通用性差，是面向机器的语言。 机器语言优点：程序代码不需要翻译，所占空间少，执行速度快。现在已经没有人用机器语言直接编程了。,2程序设计语言与语言处理程序,33,机器语言事例,例如，计算A=15+10 的机器语言程序如下： 10110000 00001111： 把15放入累加器A中 00101100 00001010： 10与累加器A的值相加，结果仍放入A中 11110100： 结束，停机,操作数,操作码,机器语言的缺点： 编程工作量大，难学、难记、难修改，只适合专业人员使用；由于不同的计算机，其指令系统不同，机器语言随机而异，通用性差，

15、是面向机器的语言。 机器语言优点： 程序代码不需要翻译，所占空间少，执行速度快。现在已经没有人用机器语言直接编程了。,34,汇编语言,将机器指令的代码用英文助记符来表示，代替机器语言中的指令和数据。例如用ADD表示加、SUB表示减、JMP表示程序跳转等等，这种指令助记符的语言就是汇编语言。 例如，计算 A=15+10 的汇编语言程序： MOVA，15：把15放入累加器A中 ADDA，10：10与累加器A相加，结果存入A中 HLT：结束，停机 特点： 汇编语言克服了机器语言难读等缺点，保持了其编程质量高，占存储空间少，执行速度快的优点。常用于过程控制等编程。汇编语言面向机器，使用者需要专业知识。 汇编语言编写的程序，必须翻译成机器语言，才能被计算机执行。,35,高级语言,高级语言是由表达各种意义的词和数学公式按照一定的语法规则来编写程序的语言。高级语言使程序员可以完全不用与计算机的硬件打交道，可以不必了解机器的指令系统，是面向过程的语言。这样，程序员就可以集中精力来解决问题本身而不必受机器制约，编程效率高；由于与具体机器无关，因此程序的通用性强。 例如，计算 A=15+10 的BASIC语言