計算思維導(dǎo)論2課件

大學(xué)計算機(jī)-計算思維導(dǎo)論南京理工大學(xué)計算機(jī)學(xué)院馮元1ppt課件大學(xué)計算機(jī)-計算思維導(dǎo)論南京理工大學(xué)計算機(jī)學(xué)院馮元1ppt第二章計算系統(tǒng)的基本思維

內(nèi)容提要：2.1理解0和1的思維2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)2.3現(xiàn)代計算機(jī)2ppt課件第二章計算系統(tǒng)的基本思維內(nèi)容提要：2ppt課件2.1理解0和1的思維用機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動化計算要解決的幾個問題：“數(shù)據(jù)”和“計算規(guī)則”的機(jī)器表示。數(shù)據(jù)與計算規(guī)則的“自動存儲”計算規(guī)則的“自動執(zhí)行”“數(shù)據(jù)”和“計算規(guī)則”的符號化現(xiàn)實(shí)世界的任何事物，若要由計算系統(tǒng)進(jìn)行計算，首先要將其語義符號化，進(jìn)而進(jìn)行基于符號的計算。將符號賦予不同語義，則能計算不同的問題。3ppt課件2.1理解0和1的思維用機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動化計算要解決的幾個問題2.1理解0和1的思維為什么選擇二進(jìn)制符號體系簡單：二進(jìn)制只有2個符號0、1，對應(yīng)著自然界截然相反的兩種狀態(tài)。

真、假，黑、白，正、負(fù)，高、低，通、斷，…..。最重要的是二進(jìn)制運(yùn)算系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)。 數(shù)字電路，觸發(fā)器，運(yùn)算器等。4ppt課件2.1理解0和1的思維為什么選擇二進(jìn)制符號體系4ppt課件2.1理解0和1的思維1、二進(jìn)制與算術(shù)運(yùn)算：數(shù)值信息的0、1表示

二進(jìn)制數(shù)制逢2進(jìn)1，借1當(dāng)2，第i位的權(quán)值為2i。

29282726252423222120.2-12-22-32-42-5-----數(shù)位的權(quán)

(1011110001.01011)2-----二進(jìn)制數(shù)

=1x29+0x28+1x27+1x26+1x25+1x24+0x23+0x22

+0x21+1x20+0x2-1+1x2-2+0x2-3+1x2-4+1x2-5

=(753.37)105ppt課件2.1理解0和1的思維1、二進(jìn)制與算術(shù)運(yùn)算：數(shù)值信息的0、2.1理解0和1的思維十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)： 整數(shù)部分：除2取余 小數(shù)部分：乘2取整八進(jìn)制、十六進(jìn)制與二進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換。二進(jìn)制數(shù)的符號二進(jìn)制數(shù)的符號用0、1表示，0正，1負(fù)。機(jī)器數(shù)的概念，由于位數(shù)的限制，機(jī)器數(shù)只能表示一定范圍的數(shù)，超出此范圍會“溢出”。6ppt課件2.1理解0和1的思維十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)：6ppt課件2.1理解0和1的思維7ppt課件2.1理解0和1的思維7ppt課件2.1理解0和1的思維邏輯運(yùn)算：0→假，1→真。基本的邏輯運(yùn)算：“或”、“與”、“非”、“異或”或運(yùn)算(OR)：雙目運(yùn)算符，全假時為假，其它為真。與運(yùn)算(AND)：雙目運(yùn)算符，全真時為真，其它為假。非運(yùn)算(NOT)：單目運(yùn)算符，真變假，假變真。異或運(yùn)算(XOR)：雙目運(yùn)算符，不同為真，相同為假。8ppt課件2.1理解0和1的思維邏輯運(yùn)算：0→假，1→真。8pp2.1理解0和1的思維數(shù)值運(yùn)算二進(jìn)制加法運(yùn)算規(guī)則二進(jìn)制減法運(yùn)算規(guī)則0101+0+0+1+101100101-0-0-1-101109ppt課件2.1理解0和1的思維數(shù)值運(yùn)算012.1理解0和1的思維二進(jìn)制乘、除法運(yùn)算規(guī)則用加法規(guī)則構(gòu)造減法、乘法和除法 減去一個數(shù)等于加上該數(shù)的補(bǔ)碼。 乘法可理解為左移相加，除法則為右移相減。結(jié)論：加法是計算機(jī)內(nèi)的基本運(yùn)算，有對應(yīng)硬件實(shí)體。1001×11100110011101111111001111111010ppt課件2.1理解0和1的思維二進(jìn)制乘、除法運(yùn)算規(guī)則12.1理解0和1的思維小數(shù)點(diǎn)表示：定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)11ppt課件2.1理解0和1的思維小數(shù)點(diǎn)表示：定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)11ppt2.1理解0和1的思維信息的度量單位信息的度量單位是什么？信息的基本度量單位

bit

比特，1位二進(jìn)制位，Byte字節(jié),8位二進(jìn)制位。1KB=210字節(jié)

1MB=210KB 1GB=210MB 1TB=210GB=220MB 1PB=210TB=230MB 1EB=210PB=240MB12ppt課件2.1理解0和1的思維信息的度量單位12ppt課件2.1理解0和1的思維2、編碼與符號運(yùn)算：0/1與非數(shù)值信息

編碼的概念1位二進(jìn)制位有兩種取值，0或1，可用來表示兩種信息，如男、女，真、假，黑、白等。當(dāng)信息種類多于兩種怎么辦？使用多位二進(jìn)制表示有限信息集合。如3位二進(jìn)制包含如下編碼：

000、001、010、011、100、101、110、111。13ppt課件2.1理解0和1的思維2、編碼與符號運(yùn)算：0/1與非數(shù)值信2.1理解0和1的思維可以為這些編碼指派不同的含義

000001010011100101110111

專業(yè)1專業(yè)2專業(yè)3專業(yè)4專業(yè)5專業(yè)6專業(yè)7專業(yè)8

單位1單位2單位3單位4單位5單位6單位7單位8編碼：編碼是以若干位數(shù)碼或符號的不同組合來表示非數(shù)值性信息的方法，它是人為地將若干位數(shù)碼或符號的每一種組合指定一種唯一的含義。14ppt課件2.1理解0和1的思維可以為這些編碼指派不同的含義14pp2.1理解0和1的思維編碼的三個主要特征唯一性：每一種組合都有確定的唯一性的含義公共性：所有相關(guān)者都認(rèn)同、遵守、使用這種編碼易于記憶/便于識認(rèn)性：有一定規(guī)律15ppt課件2.1理解0和1的思維編碼的三個主要特征15ppt課件2.1理解0和1的思維ASCII碼----英文字母符號的編碼ASCII碼是英文字母與符號的0/1型編碼方法，是用7位二進(jìn)制位0和1的不同組合表示10個數(shù)字、52個英文字母及一些特殊符號的編碼方法，是信息交換標(biāo)準(zhǔn)編碼。ASCII碼：AmericanStandardCodeforInformationInterchange

B7B6B5B4B3B2B1B0

0xxxxxxx

00110001

01001110“1”“N”16ppt課件2.1理解0和1的思維ASCII碼----英文字母符號的編2.1理解0和1的思維完整的ASCII碼表17ppt課件2.1理解0和1的思維完整的ASCII碼表17ppt課件2.1理解0和1的思維ASCII編碼的規(guī)律：每8位為一個字符，最高位為030H~39H:“0”~“9”41H~5AH:“A”~“Z”61H~7AH:“a”~“z”0AH:換行符號LF0DH:回車符號CR信息編碼解析規(guī)則Wearestudents0101011101100101001000000110000101110010011001010010000001110011011101000111010101100100011001010110111001110100011100110/1串按8位分隔一個字符，查找ASCII碼表映射成相應(yīng)符號18ppt課件2.1理解0和1的思維ASCII編碼的規(guī)律：每8位為一個字2.1理解0和1的思維漢字的編碼英文是拼寫文字，只需要對基本字母編碼。漢字是圖形文字，必須對每個漢字編碼。漢字有近50000個，8位二進(jìn)制位不夠，用16位。漢字機(jī)內(nèi)碼：漢字在計算機(jī)內(nèi)部采用漢字內(nèi)碼存儲，漢字內(nèi)碼為兩字節(jié)，且最高位均為1，區(qū)別于ASCII碼。 以漢字“大”為例： 其機(jī)內(nèi)碼為：B4F3H

二進(jìn)制：101101001111001119ppt課件2.1理解0和1的思維漢字的編碼19ppt課件2.1理解0和1的思維“大”計算機(jī)內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外b7

b6b5b4b3b2b1b0

b7

b6b5b4b3b2b1b0

用0和1編碼漢字,每個漢字在計算機(jī)內(nèi)部由2個字節(jié)表示0011010001110111國標(biāo)碼1011010011110111機(jī)內(nèi)碼20ppt課件2.1理解0和1的思維“大”計算機(jī)內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外b72.1理解0和1的思維漢字輸入碼：是用鍵盤上的字母符號編碼每一漢字的編碼，它使人們通過鍵入字母符號代替鍵入漢字。計算機(jī)內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外輸入碼有若干：拼音碼、字型碼、區(qū)位碼……“型”拼音碼：xing雙拼碼：x；其中,‘x’表聲母x,而‘；’表韻母ing五筆字型碼：gajf其中,g表字根“-”,a表開下的草字頭,j表右側(cè)立刀,f表下面土字21ppt課件2.1理解0和1的思維漢字輸入碼：是用鍵盤上的字母符號編碼2.1理解0和1的思維漢字字形碼：是用0和1編碼無亮點(diǎn)和有亮點(diǎn)像素,形成漢字字形的一種編碼。依據(jù)字形碼通過顯示器或打印機(jī)輸出漢字。“大”用0和1編碼無亮點(diǎn)和有亮點(diǎn)形成字形信息,便于顯示……

漢字字形碼是一種字模點(diǎn)陣碼。也有不同的處理漢字點(diǎn)陣信息的編碼，如向量編碼等oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11ooooo1oo1111111111111111oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo111oooooooooooo11oo1oooooooooo11oooo1oooooooo11ooooo11ooooooo1ooooooo11ooooo1ooooooooo111o

11ooooooooooo1oo計算機(jī)內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外大22ppt課件2.1理解0和1的思維漢字字形碼：是用0和1編碼無亮點(diǎn)和有2.1理解0和1的思維漢字處理過程：通過漢字外碼輸入，以漢字內(nèi)碼存儲和處理，以漢字字形碼輸出?！按蟆眔ooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11ooooo1oo1111111111111111oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo111oooooooooooo11oo1oooooooooo11oooo1oooooooo11ooooo11ooooooo1ooooooo11ooooo1ooooooooo111o

11ooooooooooo1oo計算機(jī)內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外大da10110100

11110111

23ppt課件2.1理解0和1的思維漢字處理過程：通過漢字外碼輸入，以漢2.1理解0和1的思維

還有哪些標(biāo)準(zhǔn)編碼？擴(kuò)展ASCII碼：8位0,1型編碼，最高位為0時為標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼；最高位為1時為擴(kuò)展ASCII碼。Unicode：是國際組織制定的可以容納世界上所有文字和符號的字符編碼方案。采用數(shù)字0-0x10FFFF來映射所有的字符(最多可以容納1114112個字符)。具體實(shí)現(xiàn)時，再將前述唯一確定的碼位按照不同的編碼方案映射為相應(yīng)的編碼，有UTF-8、UTF-16、UTF-32等幾種編碼方案。24ppt課件2.1理解0和1的思維還有哪些標(biāo)準(zhǔn)編碼？24ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)用機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動化計算要解決的幾個問題：“數(shù)據(jù)”和“計算規(guī)則”的機(jī)器表示。數(shù)據(jù)與計算規(guī)則的“自動存儲”計算規(guī)則的“自動執(zhí)行”本節(jié)討論后2個問題數(shù)據(jù)與計算規(guī)則的“自動存儲”計算規(guī)則的“自動執(zhí)行”即計算機(jī)器的基本原理25ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)用機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動化計算要解決的2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)1、圖靈機(jī)模型英國人圖靈于上世紀(jì)30年代提出了圖靈機(jī)模型，直觀形象地說明了通用計算機(jī)器的工作原理，建立了指令、程序及通用機(jī)器執(zhí)行程序的理論模型。計算機(jī)界于1966年設(shè)立了最高榮譽(yù)獎：圖靈獎。后來，馮·諾依曼根據(jù)這個模型設(shè)計出第一臺實(shí)用的電子計算機(jī)器。26ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)1、圖靈機(jī)模型26ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)圖靈機(jī)的基本思想數(shù)據(jù)、指令、程序及程序/指令自動執(zhí)行的基本思想。輸入數(shù)據(jù)被制成一串0和1的紙帶，送入機(jī)器中。 如00010000100011…機(jī)器可對輸入紙帶執(zhí)行的基本動作包括：“翻轉(zhuǎn)0為1”，或“翻轉(zhuǎn)1為0”,“前移一位”,“停止”等。對基本動作的控制----指令，機(jī)器是按照指令的控制選擇執(zhí)行哪一個動作，指令也可以用0和1來表示：01表示“翻轉(zhuǎn)0為1”(當(dāng)輸入為1時不變)，10表示“翻轉(zhuǎn)1為0”(當(dāng)輸入0時不變),11表示“前移一位”,00表示“停止”。27ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)圖靈機(jī)的基本思想27ppt課2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)輸入如何變?yōu)檩敵龅目刂瓶梢杂弥噶罹帉懸粋€程序來完成,如:011110110111011100…...。機(jī)器能夠讀取程序并按程序中指令的順序讀取指令。讀一條指令執(zhí)行一條指令。

由此實(shí)現(xiàn)自動計算。…10001110110011010110001…0110101由“程序”控制，一步步將輸入“轉(zhuǎn)換”為輸出輸入輸出程序通用機(jī)器28ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)輸入如何變?yōu)檩敵龅目刂瓶梢杂?.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)2、馮·諾依曼計算機(jī)馮.諾伊曼計算機(jī)的基本思想：存儲程序與程序控制存儲程序：將指令和數(shù)據(jù)以同等地位預(yù)先存于存儲器中，可按地址尋訪。程序控制：機(jī)器從存儲器中讀取指令和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、自動執(zhí)行。注意：指令和數(shù)據(jù)均采用二進(jìn)制表示。29ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)2、馮·諾依曼計算機(jī)29pp2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)馮.諾伊曼計算機(jī)的基本構(gòu)成分為五大部件：運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。運(yùn)算器：負(fù)責(zé)進(jìn)行邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算?？刂破鳎贺?fù)責(zé)讀取、分析和執(zhí)行指令。存儲器：存儲指令和數(shù)據(jù)。輸入設(shè)備：負(fù)責(zé)將指令和數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)。輸出設(shè)備：將計算結(jié)果顯示或打印出來。30ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)馮.諾伊曼計算機(jī)的基本構(gòu)成32.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)以運(yùn)算器為中心的結(jié)構(gòu)：早期結(jié)構(gòu)，大家都爭奪控制權(quán)，各部件之間不能實(shí)現(xiàn)并行工作。31ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)以運(yùn)算器為中心的結(jié)構(gòu)：早期結(jié)2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)以存儲器為中心的結(jié)構(gòu)：目前結(jié)構(gòu)，各部件之間可實(shí)現(xiàn)并行工作。32ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)以存儲器為中心的結(jié)構(gòu)：目前結(jié)2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)以運(yùn)算器為中心結(jié)構(gòu)工作舉例：運(yùn)算器存儲器控制臺控制器(1)(3)(10)(5)(2)(4)(6)(7)(8)(9)33ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)以運(yùn)算器為中心結(jié)構(gòu)工作舉例：2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)過程描述：(1)啟動控制器工作(2)發(fā)送第1條指令地址(3)取出指令并分析指令(4)執(zhí)行指令：發(fā)送操作數(shù)x所在地址(5)執(zhí)行指令：取出操作數(shù)x(10)執(zhí)行指令：通知運(yùn)算器計算a乘x(11)繼續(xù)后續(xù)指令的取指、執(zhí)行…(6)發(fā)送下一條指令地址(7)取出指令并分析指令(8)執(zhí)行指令：發(fā)送操作數(shù)a所在地址(9)執(zhí)行指令：取出操作數(shù)a34ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)過程描述：(1)啟動控制器工2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)計算機(jī)的基本部件CPU：中央處理單元(CentralProcessUnit)，將運(yùn)算器和控制器集成在一塊芯片上，形成微處理器。CPU、主存儲器、I/O設(shè)備及總線成為現(xiàn)代計算機(jī)的四大核心部件。在現(xiàn)代計算機(jī)中，一個微處理器(芯片)可能包含多個CPU，即多核。35ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)計算機(jī)的基本部件35ppt課2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)3、存儲器：可按地址自動存取信息的部件存儲器的概念結(jié)構(gòu)圖36ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)3、存儲器：可按地址自動存取2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)存儲器由存儲矩陣、地址譯碼器、輸入/出緩沖器組成。存儲矩陣：由若干存儲單元構(gòu)成，每個存儲單元通?？纱鎯?位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，即每個存儲單元為一個字節(jié)。地址譯碼器：每個存儲單元由一條地址線(Wi)控制其讀寫，當(dāng)其有效時，對應(yīng)存儲單元的內(nèi)容可讀出或?qū)懭?，否則不可訪問。

每個存儲單元的地址編碼：由地址編碼線An-1…A0決定，每個地址編碼An-1…A0譯出其對應(yīng)的地址線Wi。

n位地址編碼可控制2n個存儲單元，即存儲容量為2n。37ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)存儲器由存儲矩陣、地址譯碼器2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)輸入/輸出緩沖器： 暫存將要寫入或已經(jīng)讀出的數(shù)據(jù)，并決定是進(jìn)行寫入還是讀出操作。 三態(tài)控制線：讀、寫、高阻38ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)輸入/輸出緩沖器：38ppt2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)4、機(jī)器指令與機(jī)器級程序與算法若要由計算系統(tǒng)自動求解問題，就要用計算系統(tǒng)所具有的設(shè)施及可理解和執(zhí)行的規(guī)則來編寫算法和程序。算法：求解問題的操作規(guī)則及步驟。機(jī)器級算法必須精煉，哪怕節(jié)省一步都是重要改進(jìn)。39ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)4、機(jī)器指令與機(jī)器級程序與算2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)40ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)40ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)機(jī)器指令：算法需要用CPU可理解和執(zhí)行的指令來編寫。機(jī)器指令是CPU可直接分析并執(zhí)行的指令，一般由0、1編碼表示。機(jī)器指令通常分為操作碼和地址碼。機(jī)器級程序：

832+23+641ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)機(jī)器指令：算法需要用CPU可2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)42ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)42ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)5、機(jī)器級程序的存儲與執(zhí)行機(jī)器如何理解和執(zhí)行程序？運(yùn)算器和控制器運(yùn)算器：運(yùn)算部件和寄存器?；镜倪\(yùn)算部件只能進(jìn)行簡單的二進(jìn)制算術(shù)、邏輯運(yùn)算和移位操作。控制器：指令寄存器IR、程序計數(shù)器PC、時鐘與節(jié)拍發(fā)生器、信號發(fā)生器。43ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)5、機(jī)器級程序的存儲與執(zhí)行444ppt課件44ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)指令的執(zhí)行運(yùn)算器和控制器不同的指令，對應(yīng)著一組不同的電信號。這些電信號在時鐘與節(jié)拍的控制下按次序產(chǎn)生與傳輸。一條指令占用一個或多個機(jī)器周期，一個機(jī)器周期又分為多個節(jié)拍。最小的時間間隔單位：時鐘周期計算機(jī)的主頻：時鐘周期45ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)指令的執(zhí)行45ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)時鐘周期、節(jié)拍與機(jī)器周期46ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)時鐘周期、節(jié)拍與機(jī)器周期46第一節(jié)拍：將PC中的地址發(fā)往存儲器。由信號發(fā)生器發(fā)出一信號通知存儲器工作47ppt課件第一節(jié)拍：47ppt課件第二節(jié)拍：存儲器進(jìn)行譯碼，找到對應(yīng)存儲單元，通過輸出緩沖器輸出內(nèi)容。信號發(fā)生器發(fā)出一信號IR接收該內(nèi)容。48ppt課件第二節(jié)拍：48ppt課件第三節(jié)拍：指令碼000001控制產(chǎn)生信號，PC加1指向下一條指令地址，同時將指令中的地址碼發(fā)往存儲器。49ppt課件第三節(jié)拍：49ppt課件第四節(jié)拍：存儲器進(jìn)行譯碼，找到對應(yīng)存儲單元，通過輸出緩沖器輸出內(nèi)容。同時指令碼發(fā)出控制信號使寄存器R0接收。50ppt課件第四節(jié)拍：50ppt課件程序中指令的逐條執(zhí)行51ppt課件程序中指令的逐條執(zhí)行51ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)1、現(xiàn)代計算機(jī)的構(gòu)成現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)由硬件、軟件、數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。52ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)1、現(xiàn)代計算機(jī)的構(gòu)成52ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)計算機(jī)硬件由主機(jī)和外部設(shè)備兩大部分構(gòu)成主機(jī)核心部件：CPU、存儲器。主電路板與接口電路板。外部設(shè)備：輸入/輸出設(shè)備輸入設(shè)備：鼠標(biāo)、鍵盤、麥克風(fēng)等。輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、音箱等。輸入/輸出設(shè)備：觸摸屏。外部存儲器：硬盤、光盤、U盤。53ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)計算機(jī)硬件由主機(jī)和外部設(shè)備兩大部分構(gòu)成532.3現(xiàn)代計算機(jī)計算機(jī)軟件各種軟件研制的目的：擴(kuò)大計算機(jī)的功能，方便使用或?qū)榻鉀Q某類問題。系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件：管理、控制、維護(hù)計算機(jī)，編輯、制作程序，維護(hù)計算機(jī)的工具軟件。操作系統(tǒng)、編程環(huán)境、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。應(yīng)用軟件：用于解決各類實(shí)際問題。54ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)計算機(jī)軟件54ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)2、存儲體系：不同性能資源的組合優(yōu)化思維重要概念：程序必須裝載進(jìn)內(nèi)存，才能被CPU執(zhí)行。數(shù)據(jù)自動存儲能力是衡量計算機(jī)的重要指標(biāo)。存儲容量越大越好。存取速度越快越好。保存時間越長越好。價格越低越好。55ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)2、存儲體系：不同性能資源的組合優(yōu)化思維52.3現(xiàn)代計算機(jī)現(xiàn)代計算機(jī)的存儲體系中包含了各種性能的存儲器。寄存器：存取速度最快，與CPU同步。RAM：隨機(jī)存儲器，可按地址訪問，內(nèi)存。ROM：只讀存儲器，用來保存機(jī)器級程序。硬盤：采用磁性材料制作的大容量存儲器。光盤(CD、DVD)，U盤等。56ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)現(xiàn)代計算機(jī)的存儲體系中包含了各種性能的存儲2.3現(xiàn)代計算機(jī)內(nèi)存：采用半導(dǎo)體材料制作內(nèi)存：RAM/ROM地址：存儲單元1、2、4或8個字節(jié)57ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)內(nèi)存：采用半導(dǎo)體材料制作內(nèi)存：RAM/RO2.3現(xiàn)代計算機(jī)外存外存：硬盤/軟盤盤面:磁道:扇區(qū)一個扇區(qū)存放512個字節(jié)。58ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)外存外存：硬盤/軟盤58ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)存儲體系：不同性能資源的組合優(yōu)化算術(shù)邏輯單元控制單元寄存器CPU按存儲單元讀寫按存儲塊進(jìn)行交換內(nèi)存或主存(RAM)外存(硬盤/軟盤/光盤)ROM特性：速度慢、價格低、容量大、永久保存；特性：速度快、價格高、容量小、非永久存儲；內(nèi)存與外存的區(qū)別？59ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)存儲體系：不同性能資源的組合優(yōu)化算術(shù)邏輯單2.3現(xiàn)代計算機(jī)3、為什么要有操作系統(tǒng)：硬件功能擴(kuò)展的基本思維存儲體系環(huán)境下，程序怎樣被執(zhí)行?算術(shù)邏輯單元控制單元寄存器CPU按存儲單元讀寫按存儲塊進(jìn)行交換內(nèi)存或主存(RAM)外存(硬盤/軟盤/光盤)ROM程序如何存儲在外存上面?程序如何裝載到內(nèi)存中?裝載到哪里?程序如何被CPU執(zhí)行?CPU執(zhí)行哪個程序?60ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)3、為什么要有操作系統(tǒng)：硬件功能擴(kuò)展的基本2.3現(xiàn)代計算機(jī)操作系統(tǒng)：控制和管理計算機(jī)系統(tǒng)各種資源(硬件資源、軟件資源和信息資源)、合理組織計算機(jī)系統(tǒng)工作流程、提供用戶與計算機(jī)之間接口以解釋用戶對機(jī)器的各種操作需求并完成這些操作的一組程序集合，是最基本、最重要的系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)的作用：操作系統(tǒng)是用戶與計算機(jī)硬件之間的接口。操作系統(tǒng)為用戶提供了虛擬機(jī)(VirtualMachine)。操作系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)的資源管理者61ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)操作系統(tǒng)：控制和管理計算機(jī)系統(tǒng)各種資源(硬2.3現(xiàn)代計算機(jī)操作系統(tǒng)是一組“管理各種資源以便執(zhí)行應(yīng)用程序”的程序。磁盤管理---管理磁盤信息的讀寫內(nèi)存管理---管理內(nèi)存空間的分配與回收CPU管理---調(diào)度CPU去執(zhí)行哪一個程序62ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)操作系統(tǒng)是一組“管理各種資源以便執(zhí)行應(yīng)用程2.3現(xiàn)代計算機(jī)4、化整為零的基本思維：磁盤與文件系統(tǒng)磁盤與文件管理是存儲體系的重要內(nèi)容，是操作系統(tǒng)對硬件功能的重要擴(kuò)展。文件與信息：信息被操作系統(tǒng)組織成文件。文件是操作系統(tǒng)管理信息的基本單位。使用者只需關(guān)心文件名和內(nèi)容，其它交給操作系統(tǒng)。63ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)4、化整為零的基本思維：磁盤與文件系統(tǒng)632.3現(xiàn)代計算機(jī)操作系統(tǒng)用戶信息/程序文件A文件A文件B文件C外存(硬盤/軟盤/光盤)64ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)操作系統(tǒng)用戶信息/程序文件A文件A文件B文2.3現(xiàn)代計算機(jī)磁盤信息的組織：磁盤簇塊與扇區(qū)磁盤物理結(jié)構(gòu)：盤面、磁道、扇區(qū)。簇塊：操作系統(tǒng)將磁盤組織成簇塊(若干連續(xù)的扇區(qū))，以簇塊為單位與內(nèi)存交換信息。文件中的信息按簇塊大小被分割，然后寫入磁盤中的簇塊。65ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)磁盤信息的組織：磁盤簇塊與扇區(qū)65ppt課2.3現(xiàn)代計算機(jī)文件分配表（FAT）磁盤上記錄文件存儲的簇塊之間銜接關(guān)系的信息區(qū)域，二維表格。磁盤上有多少簇塊，文件分配表就有多少項。FAT表項的內(nèi)容指出了該簇塊的下一簇塊的編號。66ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)文件分配表（FAT）66ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)目錄與文件夾是磁盤上記錄文件名、文件大小、文件更新時間等文件屬性的信息區(qū)域。相當(dāng)于文件清單，對應(yīng)每個文件名，目錄中都會記錄它在磁盤上存儲的第一個磁盤簇塊編號。67ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)目錄與文件夾67ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)磁盤上的重要信息區(qū)域保留扇區(qū)區(qū)域、文件分配表區(qū)域、根目錄區(qū)域、數(shù)據(jù)區(qū)域。上述信息區(qū)域的建立通過磁盤格式化完成。磁盤的第一個扇區(qū)被稱為引導(dǎo)扇區(qū)。磁盤與文件管理體現(xiàn)的是一種化整為零的基本思維。68ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)磁盤上的重要信息區(qū)域68ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)5、內(nèi)存管理與處理機(jī)管理

問題：在現(xiàn)代計算機(jī)及存儲體系中，程序如何執(zhí)行？情況1：單CPU運(yùn)行單一程序。情況2：單CPU同時運(yùn)行多個程序。情況3：多CPU運(yùn)行單個程序。原則：程序必須裝入內(nèi)存，才能被CPU執(zhí)行。69ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)5、內(nèi)存管理與處理機(jī)管理69ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)內(nèi)存管理：內(nèi)存空間管理內(nèi)存空間分配內(nèi)存與外存信息的自動交換內(nèi)存空間回收Dm-1,…,D0內(nèi)存被分成不同的塊(或頁)，一般而言，內(nèi)存的一頁和磁盤的一塊相等或為其倍數(shù)。70ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)內(nèi)存管理：Dm-1,…,D0內(nèi)存2.3現(xiàn)代計算機(jī)程序與進(jìn)程：以文件形式存儲在磁盤上的程序文件稱為“程序”?？蛇\(yùn)行程序文件在操作系統(tǒng)的管理下被裝入內(nèi)存，形成“進(jìn)程”。進(jìn)程除程序外，還 包含描述信息，便 于操作系統(tǒng)管理。內(nèi)存儲器分工：操作系統(tǒng)對內(nèi)存的管理與控制---使用哪一段內(nèi)存內(nèi)存空間分配內(nèi)存回收內(nèi)存與外存信息的自動交換內(nèi)存空間管理進(jìn)程1000001段內(nèi)存運(yùn)算器控制器CPU狀態(tài)與管控71ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)程序與進(jìn)程：內(nèi)存儲器分工：操作系統(tǒng)對內(nèi)存的2.3現(xiàn)代計算機(jī)處理機(jī)管理內(nèi)存中待執(zhí)行程序段落的地址送控制器的PC(程序計數(shù)器)內(nèi)存中的多個程序，執(zhí)行哪一個程序?程序執(zhí)行切換中的狀態(tài)/環(huán)境保護(hù)問題單CPU分時調(diào)度-進(jìn)程 多CPU并行調(diào)度-線程72ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)處理機(jī)管理單CPU分時調(diào)度-進(jìn)程72ppt2.3現(xiàn)代計算機(jī)任務(wù)與作業(yè)：任務(wù)：大粒度工作，一個應(yīng)用程序的完整的執(zhí)行，一個任務(wù)由多個進(jìn)程來完成。作業(yè)：小粒度工作，不同作業(yè)由不同的進(jìn)程來完成。73ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)任務(wù)與作業(yè)：73ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)程序進(jìn)程作業(yè)74ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)程序進(jìn)程作業(yè)74ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)操作系統(tǒng)進(jìn)程和應(yīng)用程序進(jìn)程操作系統(tǒng)的進(jìn)程：為使應(yīng)用程序順利執(zhí)行而做的輔助性管理性工作的進(jìn)程。操作系統(tǒng)的進(jìn)程也存儲在內(nèi)存中，也需要調(diào)度CPU來執(zhí)行；CPU在操作系統(tǒng)進(jìn)程和多個應(yīng)用程序進(jìn)程之間來回切換。應(yīng)用程序的進(jìn)程：應(yīng)用程序本身的進(jìn)程。75ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)操作系統(tǒng)進(jìn)程和應(yīng)用程序進(jìn)程75ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)進(jìn)程管理76ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)進(jìn)程管理76ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)6、現(xiàn)代計算機(jī)工作過程計算機(jī)是怎樣裝載操作系統(tǒng)的?引導(dǎo)程序基本輸入輸出部分磁盤文件管理部分命令解釋器ROMBIOS用戶鍵入命令內(nèi)部命令直接執(zhí)行外部命令需要找到程序并裝載入內(nèi)存外部命令執(zhí)行磁盤ROM77ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)6、現(xiàn)代計算機(jī)工作過程引導(dǎo)程序基本輸入輸出2.3現(xiàn)代計算機(jī)操作系統(tǒng)的啟動和關(guān)閉操作系統(tǒng)的使用OS啟動OS關(guān)閉初始化系統(tǒng)環(huán)境加載設(shè)備驅(qū)動程序加載服務(wù)程序等加載系統(tǒng)程序,如程序管理器/命令解釋器等

保存用戶設(shè)置關(guān)閉服務(wù)程序通知其他聯(lián)機(jī)用戶保存系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)將內(nèi)存內(nèi)容寫回外存中正確關(guān)閉相關(guān)設(shè)備78ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)操作系統(tǒng)的啟動和關(guān)閉操作系統(tǒng)的使用2.3現(xiàn)代計算機(jī)7、現(xiàn)代計算機(jī)的發(fā)展

CPU管理--分時：一臺主機(jī)一個CPU執(zhí)行多個程序。ttCPU作業(yè)1作業(yè)2作業(yè)3作業(yè)4

操作系統(tǒng)管理著一時間輪盤；按照時間輪盤的時間分區(qū)，輪流讓CPU執(zhí)行若干個程序。由于時間分區(qū)足夠小，所以每個作業(yè)的用戶都認(rèn)為自己獨(dú)占著CPU執(zhí)行執(zhí)行時間分區(qū)79ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)7、現(xiàn)代計算機(jī)的發(fā)展ttCPU作業(yè)1作業(yè)22.3現(xiàn)代計算機(jī)

CPU管理--并行：一臺主機(jī)多個CPU執(zhí)行一個程序作業(yè)的第1部分作業(yè)的第2部分作業(yè)的第3部分作業(yè)的拆分與合并CPU1CPU2CPU3CPU4作業(yè)

操作系統(tǒng)將一個作業(yè)分解成若干個可并行執(zhí)行的小作業(yè)，由不同的CPU予以執(zhí)行。其中一個CPU負(fù)責(zé)作業(yè)的拆分與合并工作，如CPU1,如此多CPU并行完成一個作業(yè)。80ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)CPU管理--并行：一臺主機(jī)多個CPU執(zhí)2.3現(xiàn)代計算機(jī)CPU管理--分布：網(wǎng)絡(luò)中多臺主機(jī)多個CPU執(zhí)行一個任務(wù)。作業(yè)的拆分與合并CPUCPU作業(yè)一個作業(yè)被一臺機(jī)器的操作系統(tǒng)拆分成若干可分布與并行執(zhí)行的小作業(yè)，通過網(wǎng)絡(luò)傳送到不同的機(jī)器，由不同機(jī)器的操作系統(tǒng)控制其CPU予以執(zhí)行。如此網(wǎng)絡(luò)上，多臺計算機(jī)可并行完成一個作業(yè)。作業(yè)的第1部分作業(yè)的第2部分作業(yè)的第3部分CPUCPUComputerNetwork或Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸81ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)CPU管理--分布：網(wǎng)絡(luò)中多臺主機(jī)多個CP

通用計算環(huán)境的進(jìn)化馮.諾依曼計算機(jī)個人計算機(jī)云計算環(huán)境

計算系統(tǒng)發(fā)展之重要功勞在于“軟件”,軟件促進(jìn)環(huán)境發(fā)展,軟件也在隨環(huán)境的變化而發(fā)展并行分布計算環(huán)境82ppt課件通用計算環(huán)境的進(jìn)化馮.諾依曼計算機(jī)個人計算機(jī)云計算環(huán)境計

云計算(Cloud)物理機(jī)OS:進(jìn)程執(zhí)行物理機(jī)OS物理機(jī)OS物理機(jī)OS虛擬化OS:將虛擬機(jī)上的進(jìn)程分配到物理機(jī)OS上進(jìn)行執(zhí)行虛擬化OS虛擬化OS虛擬化OS云操作系統(tǒng)(CloudOperatingSystem):跨物理機(jī)管理OS:進(jìn)程OperationProg1…PrognOSOperationProg1…PrognOSOperationProgOSOperationProg1…Progn不同性能的虛擬機(jī)：(1)CPU數(shù)目(2)內(nèi)存容量(3)外存容量(4)網(wǎng)絡(luò)帶寬物理機(jī)：CPU(h個);內(nèi)存(p*qGB);外存(n*mGB)83ppt課件云計算(Cloud)物理機(jī)OS:進(jìn)程執(zhí)行物理機(jī)OS物理機(jī)大學(xué)計算機(jī)-計算思維導(dǎo)論南京理工大學(xué)計算機(jī)學(xué)院馮元84ppt課件大學(xué)計算機(jī)-計算思維導(dǎo)論南京理工大學(xué)計算機(jī)學(xué)院馮元1ppt第二章計算系統(tǒng)的基本思維

內(nèi)容提要：2.1理解0和1的思維2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)2.3現(xiàn)代計算機(jī)85ppt課件第二章計算系統(tǒng)的基本思維內(nèi)容提要：2ppt課件2.1理解0和1的思維用機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動化計算要解決的幾個問題：“數(shù)據(jù)”和“計算規(guī)則”的機(jī)器表示。數(shù)據(jù)與計算規(guī)則的“自動存儲”計算規(guī)則的“自動執(zhí)行”“數(shù)據(jù)”和“計算規(guī)則”的符號化現(xiàn)實(shí)世界的任何事物，若要由計算系統(tǒng)進(jìn)行計算，首先要將其語義符號化，進(jìn)而進(jìn)行基于符號的計算。將符號賦予不同語義，則能計算不同的問題。86ppt課件2.1理解0和1的思維用機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動化計算要解決的幾個問題2.1理解0和1的思維為什么選擇二進(jìn)制符號體系簡單：二進(jìn)制只有2個符號0、1，對應(yīng)著自然界截然相反的兩種狀態(tài)。

真、假，黑、白，正、負(fù)，高、低，通、斷，…..。最重要的是二進(jìn)制運(yùn)算系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)。 數(shù)字電路，觸發(fā)器，運(yùn)算器等。87ppt課件2.1理解0和1的思維為什么選擇二進(jìn)制符號體系4ppt課件2.1理解0和1的思維1、二進(jìn)制與算術(shù)運(yùn)算：數(shù)值信息的0、1表示

二進(jìn)制數(shù)制逢2進(jìn)1，借1當(dāng)2，第i位的權(quán)值為2i。

29282726252423222120.2-12-22-32-42-5-----數(shù)位的權(quán)

(1011110001.01011)2-----二進(jìn)制數(shù)

=1x29+0x28+1x27+1x26+1x25+1x24+0x23+0x22

+0x21+1x20+0x2-1+1x2-2+0x2-3+1x2-4+1x2-5

=(753.37)1088ppt課件2.1理解0和1的思維1、二進(jìn)制與算術(shù)運(yùn)算：數(shù)值信息的0、2.1理解0和1的思維十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)： 整數(shù)部分：除2取余 小數(shù)部分：乘2取整八進(jìn)制、十六進(jìn)制與二進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換。二進(jìn)制數(shù)的符號二進(jìn)制數(shù)的符號用0、1表示，0正，1負(fù)。機(jī)器數(shù)的概念，由于位數(shù)的限制，機(jī)器數(shù)只能表示一定范圍的數(shù)，超出此范圍會“溢出”。89ppt課件2.1理解0和1的思維十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)：6ppt課件2.1理解0和1的思維90ppt課件2.1理解0和1的思維7ppt課件2.1理解0和1的思維邏輯運(yùn)算：0→假，1→真?；镜倪壿嬤\(yùn)算：“或”、“與”、“非”、“異或”或運(yùn)算(OR)：雙目運(yùn)算符，全假時為假，其它為真。與運(yùn)算(AND)：雙目運(yùn)算符，全真時為真，其它為假。非運(yùn)算(NOT)：單目運(yùn)算符，真變假，假變真。異或運(yùn)算(XOR)：雙目運(yùn)算符，不同為真，相同為假。91ppt課件2.1理解0和1的思維邏輯運(yùn)算：0→假，1→真。8pp2.1理解0和1的思維數(shù)值運(yùn)算二進(jìn)制加法運(yùn)算規(guī)則二進(jìn)制減法運(yùn)算規(guī)則0101+0+0+1+101100101-0-0-1-1011092ppt課件2.1理解0和1的思維數(shù)值運(yùn)算012.1理解0和1的思維二進(jìn)制乘、除法運(yùn)算規(guī)則用加法規(guī)則構(gòu)造減法、乘法和除法 減去一個數(shù)等于加上該數(shù)的補(bǔ)碼。 乘法可理解為左移相加，除法則為右移相減。結(jié)論：加法是計算機(jī)內(nèi)的基本運(yùn)算，有對應(yīng)硬件實(shí)體。1001×11100110011101111111001111111093ppt課件2.1理解0和1的思維二進(jìn)制乘、除法運(yùn)算規(guī)則12.1理解0和1的思維小數(shù)點(diǎn)表示：定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)94ppt課件2.1理解0和1的思維小數(shù)點(diǎn)表示：定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)11ppt2.1理解0和1的思維信息的度量單位信息的度量單位是什么？信息的基本度量單位

bit

比特，1位二進(jìn)制位，Byte字節(jié),8位二進(jìn)制位。1KB=210字節(jié)

1MB=210KB 1GB=210MB 1TB=210GB=220MB 1PB=210TB=230MB 1EB=210PB=240MB95ppt課件2.1理解0和1的思維信息的度量單位12ppt課件2.1理解0和1的思維2、編碼與符號運(yùn)算：0/1與非數(shù)值信息

編碼的概念1位二進(jìn)制位有兩種取值，0或1，可用來表示兩種信息，如男、女，真、假，黑、白等。當(dāng)信息種類多于兩種怎么辦？使用多位二進(jìn)制表示有限信息集合。如3位二進(jìn)制包含如下編碼：

000、001、010、011、100、101、110、111。96ppt課件2.1理解0和1的思維2、編碼與符號運(yùn)算：0/1與非數(shù)值信2.1理解0和1的思維可以為這些編碼指派不同的含義

000001010011100101110111

專業(yè)1專業(yè)2專業(yè)3專業(yè)4專業(yè)5專業(yè)6專業(yè)7專業(yè)8

單位1單位2單位3單位4單位5單位6單位7單位8編碼：編碼是以若干位數(shù)碼或符號的不同組合來表示非數(shù)值性信息的方法，它是人為地將若干位數(shù)碼或符號的每一種組合指定一種唯一的含義。97ppt課件2.1理解0和1的思維可以為這些編碼指派不同的含義14pp2.1理解0和1的思維編碼的三個主要特征唯一性：每一種組合都有確定的唯一性的含義公共性：所有相關(guān)者都認(rèn)同、遵守、使用這種編碼易于記憶/便于識認(rèn)性：有一定規(guī)律98ppt課件2.1理解0和1的思維編碼的三個主要特征15ppt課件2.1理解0和1的思維ASCII碼----英文字母符號的編碼ASCII碼是英文字母與符號的0/1型編碼方法，是用7位二進(jìn)制位0和1的不同組合表示10個數(shù)字、52個英文字母及一些特殊符號的編碼方法，是信息交換標(biāo)準(zhǔn)編碼。ASCII碼：AmericanStandardCodeforInformationInterchange

B7B6B5B4B3B2B1B0

0xxxxxxx

00110001

01001110“1”“N”99ppt課件2.1理解0和1的思維ASCII碼----英文字母符號的編2.1理解0和1的思維完整的ASCII碼表100ppt課件2.1理解0和1的思維完整的ASCII碼表17ppt課件2.1理解0和1的思維ASCII編碼的規(guī)律：每8位為一個字符，最高位為030H~39H:“0”~“9”41H~5AH:“A”~“Z”61H~7AH:“a”~“z”0AH:換行符號LF0DH:回車符號CR信息編碼解析規(guī)則Wearestudents0101011101100101001000000110000101110010011001010010000001110011011101000111010101100100011001010110111001110100011100110/1串按8位分隔一個字符，查找ASCII碼表映射成相應(yīng)符號101ppt課件2.1理解0和1的思維ASCII編碼的規(guī)律：每8位為一個字2.1理解0和1的思維漢字的編碼英文是拼寫文字，只需要對基本字母編碼。漢字是圖形文字，必須對每個漢字編碼。漢字有近50000個，8位二進(jìn)制位不夠，用16位。漢字機(jī)內(nèi)碼：漢字在計算機(jī)內(nèi)部采用漢字內(nèi)碼存儲，漢字內(nèi)碼為兩字節(jié)，且最高位均為1，區(qū)別于ASCII碼。 以漢字“大”為例： 其機(jī)內(nèi)碼為：B4F3H

二進(jìn)制：1011010011110011102ppt課件2.1理解0和1的思維漢字的編碼19ppt課件2.1理解0和1的思維“大”計算機(jī)內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外b7

b6b5b4b3b2b1b0

b7

b6b5b4b3b2b1b0

用0和1編碼漢字,每個漢字在計算機(jī)內(nèi)部由2個字節(jié)表示0011010001110111國標(biāo)碼1011010011110111機(jī)內(nèi)碼103ppt課件2.1理解0和1的思維“大”計算機(jī)內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外b72.1理解0和1的思維漢字輸入碼：是用鍵盤上的字母符號編碼每一漢字的編碼，它使人們通過鍵入字母符號代替鍵入漢字。計算機(jī)內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外輸入碼有若干：拼音碼、字型碼、區(qū)位碼……“型”拼音碼：xing雙拼碼：x；其中,‘x’表聲母x,而‘；’表韻母ing五筆字型碼：gajf其中,g表字根“-”,a表開下的草字頭,j表右側(cè)立刀,f表下面土字104ppt課件2.1理解0和1的思維漢字輸入碼：是用鍵盤上的字母符號編碼2.1理解0和1的思維漢字字形碼：是用0和1編碼無亮點(diǎn)和有亮點(diǎn)像素,形成漢字字形的一種編碼。依據(jù)字形碼通過顯示器或打印機(jī)輸出漢字?！按蟆庇?和1編碼無亮點(diǎn)和有亮點(diǎn)形成字形信息,便于顯示……

漢字字形碼是一種字模點(diǎn)陣碼。也有不同的處理漢字點(diǎn)陣信息的編碼，如向量編碼等oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11ooooo1oo1111111111111111oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo111oooooooooooo11oo1oooooooooo11oooo1oooooooo11ooooo11ooooooo1ooooooo11ooooo1ooooooooo111o

11ooooooooooo1oo計算機(jī)內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外大105ppt課件2.1理解0和1的思維漢字字形碼：是用0和1編碼無亮點(diǎn)和有2.1理解0和1的思維漢字處理過程：通過漢字外碼輸入，以漢字內(nèi)碼存儲和處理，以漢字字形碼輸出?！按蟆眔ooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11ooooo1oo1111111111111111oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo111oooooooooooo11oo1oooooooooo11oooo1oooooooo11ooooo11ooooooo1ooooooo11ooooo1ooooooooo111o

11ooooooooooo1oo計算機(jī)內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外大da10110100

11110111

106ppt課件2.1理解0和1的思維漢字處理過程：通過漢字外碼輸入，以漢2.1理解0和1的思維

還有哪些標(biāo)準(zhǔn)編碼？擴(kuò)展ASCII碼：8位0,1型編碼，最高位為0時為標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼；最高位為1時為擴(kuò)展ASCII碼。Unicode：是國際組織制定的可以容納世界上所有文字和符號的字符編碼方案。采用數(shù)字0-0x10FFFF來映射所有的字符(最多可以容納1114112個字符)。具體實(shí)現(xiàn)時，再將前述唯一確定的碼位按照不同的編碼方案映射為相應(yīng)的編碼，有UTF-8、UTF-16、UTF-32等幾種編碼方案。107ppt課件2.1理解0和1的思維還有哪些標(biāo)準(zhǔn)編碼？24ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)用機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動化計算要解決的幾個問題：“數(shù)據(jù)”和“計算規(guī)則”的機(jī)器表示。數(shù)據(jù)與計算規(guī)則的“自動存儲”計算規(guī)則的“自動執(zhí)行”本節(jié)討論后2個問題數(shù)據(jù)與計算規(guī)則的“自動存儲”計算規(guī)則的“自動執(zhí)行”即計算機(jī)器的基本原理108ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)用機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動化計算要解決的2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)1、圖靈機(jī)模型英國人圖靈于上世紀(jì)30年代提出了圖靈機(jī)模型，直觀形象地說明了通用計算機(jī)器的工作原理，建立了指令、程序及通用機(jī)器執(zhí)行程序的理論模型。計算機(jī)界于1966年設(shè)立了最高榮譽(yù)獎：圖靈獎。后來，馮·諾依曼根據(jù)這個模型設(shè)計出第一臺實(shí)用的電子計算機(jī)器。109ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)1、圖靈機(jī)模型26ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)圖靈機(jī)的基本思想數(shù)據(jù)、指令、程序及程序/指令自動執(zhí)行的基本思想。輸入數(shù)據(jù)被制成一串0和1的紙帶，送入機(jī)器中。 如00010000100011…機(jī)器可對輸入紙帶執(zhí)行的基本動作包括：“翻轉(zhuǎn)0為1”，或“翻轉(zhuǎn)1為0”,“前移一位”,“停止”等。對基本動作的控制----指令，機(jī)器是按照指令的控制選擇執(zhí)行哪一個動作，指令也可以用0和1來表示：01表示“翻轉(zhuǎn)0為1”(當(dāng)輸入為1時不變)，10表示“翻轉(zhuǎn)1為0”(當(dāng)輸入0時不變),11表示“前移一位”,00表示“停止”。110ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)圖靈機(jī)的基本思想27ppt課2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)輸入如何變?yōu)檩敵龅目刂瓶梢杂弥噶罹帉懸粋€程序來完成,如:011110110111011100…...。機(jī)器能夠讀取程序并按程序中指令的順序讀取指令。讀一條指令執(zhí)行一條指令。

由此實(shí)現(xiàn)自動計算?！?0001110110011010110001…0110101由“程序”控制，一步步將輸入“轉(zhuǎn)換”為輸出輸入輸出程序通用機(jī)器111ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)輸入如何變?yōu)檩敵龅目刂瓶梢杂?.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)2、馮·諾依曼計算機(jī)馮.諾伊曼計算機(jī)的基本思想：存儲程序與程序控制存儲程序：將指令和數(shù)據(jù)以同等地位預(yù)先存于存儲器中，可按地址尋訪。程序控制：機(jī)器從存儲器中讀取指令和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、自動執(zhí)行。注意：指令和數(shù)據(jù)均采用二進(jìn)制表示。112ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)2、馮·諾依曼計算機(jī)29pp2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)馮.諾伊曼計算機(jī)的基本構(gòu)成分為五大部件：運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。運(yùn)算器：負(fù)責(zé)進(jìn)行邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算?？刂破鳎贺?fù)責(zé)讀取、分析和執(zhí)行指令。存儲器：存儲指令和數(shù)據(jù)。輸入設(shè)備：負(fù)責(zé)將指令和數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)。輸出設(shè)備：將計算結(jié)果顯示或打印出來。113ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)馮.諾伊曼計算機(jī)的基本構(gòu)成32.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)以運(yùn)算器為中心的結(jié)構(gòu)：早期結(jié)構(gòu)，大家都爭奪控制權(quán)，各部件之間不能實(shí)現(xiàn)并行工作。114ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)以運(yùn)算器為中心的結(jié)構(gòu)：早期結(jié)2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)以存儲器為中心的結(jié)構(gòu)：目前結(jié)構(gòu)，各部件之間可實(shí)現(xiàn)并行工作。115ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)以存儲器為中心的結(jié)構(gòu)：目前結(jié)2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)以運(yùn)算器為中心結(jié)構(gòu)工作舉例：運(yùn)算器存儲器控制臺控制器(1)(3)(10)(5)(2)(4)(6)(7)(8)(9)116ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)以運(yùn)算器為中心結(jié)構(gòu)工作舉例：2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)過程描述：(1)啟動控制器工作(2)發(fā)送第1條指令地址(3)取出指令并分析指令(4)執(zhí)行指令：發(fā)送操作數(shù)x所在地址(5)執(zhí)行指令：取出操作數(shù)x(10)執(zhí)行指令：通知運(yùn)算器計算a乘x(11)繼續(xù)后續(xù)指令的取指、執(zhí)行…(6)發(fā)送下一條指令地址(7)取出指令并分析指令(8)執(zhí)行指令：發(fā)送操作數(shù)a所在地址(9)執(zhí)行指令：取出操作數(shù)a117ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)過程描述：(1)啟動控制器工2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)計算機(jī)的基本部件CPU：中央處理單元(CentralProcessUnit)，將運(yùn)算器和控制器集成在一塊芯片上，形成微處理器。CPU、主存儲器、I/O設(shè)備及總線成為現(xiàn)代計算機(jī)的四大核心部件。在現(xiàn)代計算機(jī)中，一個微處理器(芯片)可能包含多個CPU，即多核。118ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)計算機(jī)的基本部件35ppt課2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)3、存儲器：可按地址自動存取信息的部件存儲器的概念結(jié)構(gòu)圖119ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)3、存儲器：可按地址自動存取2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)存儲器由存儲矩陣、地址譯碼器、輸入/出緩沖器組成。存儲矩陣：由若干存儲單元構(gòu)成，每個存儲單元通?？纱鎯?位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，即每個存儲單元為一個字節(jié)。地址譯碼器：每個存儲單元由一條地址線(Wi)控制其讀寫，當(dāng)其有效時，對應(yīng)存儲單元的內(nèi)容可讀出或?qū)懭?，否則不可訪問。

每個存儲單元的地址編碼：由地址編碼線An-1…A0決定，每個地址編碼An-1…A0譯出其對應(yīng)的地址線Wi。

n位地址編碼可控制2n個存儲單元，即存儲容量為2n。120ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)存儲器由存儲矩陣、地址譯碼器2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)輸入/輸出緩沖器： 暫存將要寫入或已經(jīng)讀出的數(shù)據(jù)，并決定是進(jìn)行寫入還是讀出操作。 三態(tài)控制線：讀、寫、高阻121ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)輸入/輸出緩沖器：38ppt2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)4、機(jī)器指令與機(jī)器級程序與算法若要由計算系統(tǒng)自動求解問題，就要用計算系統(tǒng)所具有的設(shè)施及可理解和執(zhí)行的規(guī)則來編寫算法和程序。算法：求解問題的操作規(guī)則及步驟。機(jī)器級算法必須精煉，哪怕節(jié)省一步都是重要改進(jìn)。122ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)4、機(jī)器指令與機(jī)器級程序與算2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)123ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)40ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)機(jī)器指令：算法需要用CPU可理解和執(zhí)行的指令來編寫。機(jī)器指令是CPU可直接分析并執(zhí)行的指令，一般由0、1編碼表示。機(jī)器指令通常分為操作碼和地址碼。機(jī)器級程序：

832+23+6124ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)機(jī)器指令：算法需要用CPU可2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)125ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)42ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)5、機(jī)器級程序的存儲與執(zhí)行機(jī)器如何理解和執(zhí)行程序？運(yùn)算器和控制器運(yùn)算器：運(yùn)算部件和寄存器?；镜倪\(yùn)算部件只能進(jìn)行簡單的二進(jìn)制算術(shù)、邏輯運(yùn)算和移位操作?？刂破鳎褐噶罴拇嫫鱅R、程序計數(shù)器PC、時鐘與節(jié)拍發(fā)生器、信號發(fā)生器。126ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)5、機(jī)器級程序的存儲與執(zhí)行4127ppt課件44ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)指令的執(zhí)行運(yùn)算器和控制器不同的指令，對應(yīng)著一組不同的電信號。這些電信號在時鐘與節(jié)拍的控制下按次序產(chǎn)生與傳輸。一條指令占用一個或多個機(jī)器周期，一個機(jī)器周期又分為多個節(jié)拍。最小的時間間隔單位：時鐘周期計算機(jī)的主頻：時鐘周期128ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)指令的執(zhí)行45ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)時鐘周期、節(jié)拍與機(jī)器周期129ppt課件2.2圖靈機(jī)與馮·諾依曼計算機(jī)時鐘周期、節(jié)拍與機(jī)器周期46第一節(jié)拍：將PC中的地址發(fā)往存儲器。由信號發(fā)生器發(fā)出一信號通知存儲器工作130ppt課件第一節(jié)拍：47ppt課件第二節(jié)拍：存儲器進(jìn)行譯碼，找到對應(yīng)存儲單元，通過輸出緩沖器輸出內(nèi)容。信號發(fā)生器發(fā)出一信號IR接收該內(nèi)容。131ppt課件第二節(jié)拍：48ppt課件第三節(jié)拍：指令碼000001控制產(chǎn)生信號，PC加1指向下一條指令地址，同時將指令中的地址碼發(fā)往存儲器。132ppt課件第三節(jié)拍：49ppt課件第四節(jié)拍：存儲器進(jìn)行譯碼，找到對應(yīng)存儲單元，通過輸出緩沖器輸出內(nèi)容。同時指令碼發(fā)出控制信號使寄存器R0接收。133ppt課件第四節(jié)拍：50ppt課件程序中指令的逐條執(zhí)行134ppt課件程序中指令的逐條執(zhí)行51ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)1、現(xiàn)代計算機(jī)的構(gòu)成現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)由硬件、軟件、數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。135ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)1、現(xiàn)代計算機(jī)的構(gòu)成52ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)計算機(jī)硬件由主機(jī)和外部設(shè)備兩大部分構(gòu)成主機(jī)核心部件：CPU、存儲器。主電路板與接口電路板。外部設(shè)備：輸入/輸出設(shè)備輸入設(shè)備：鼠標(biāo)、鍵盤、麥克風(fēng)等。輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、音箱等。輸入/輸出設(shè)備：觸摸屏。外部存儲器：硬盤、光盤、U盤。136ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)計算機(jī)硬件由主機(jī)和外部設(shè)備兩大部分構(gòu)成532.3現(xiàn)代計算機(jī)計算機(jī)軟件各種軟件研制的目的：擴(kuò)大計算機(jī)的功能，方便使用或?qū)榻鉀Q某類問題。系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件：管理、控制、維護(hù)計算機(jī)，編輯、制作程序，維護(hù)計算機(jī)的工具軟件。操作系統(tǒng)、編程環(huán)境、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。應(yīng)用軟件：用于解決各類實(shí)際問題。137ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)計算機(jī)軟件54ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)2、存儲體系：不同性能資源的組合優(yōu)化思維重要概念：程序必須裝載進(jìn)內(nèi)存，才能被CPU執(zhí)行。數(shù)據(jù)自動存儲能力是衡量計算機(jī)的重要指標(biāo)。存儲容量越大越好。存取速度越快越好。保存時間越長越好。價格越低越好。138ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)2、存儲體系：不同性能資源的組合優(yōu)化思維52.3現(xiàn)代計算機(jī)現(xiàn)代計算機(jī)的存儲體系中包含了各種性能的存儲器。寄存器：存取速度最快，與CPU同步。RAM：隨機(jī)存儲器，可按地址訪問，內(nèi)存。ROM：只讀存儲器，用來保存機(jī)器級程序。硬盤：采用磁性材料制作的大容量存儲器。光盤(CD、DVD)，U盤等。139ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)現(xiàn)代計算機(jī)的存儲體系中包含了各種性能的存儲2.3現(xiàn)代計算機(jī)內(nèi)存：采用半導(dǎo)體材料制作內(nèi)存：RAM/ROM地址：存儲單元1、2、4或8個字節(jié)140ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)內(nèi)存：采用半導(dǎo)體材料制作內(nèi)存：RAM/RO2.3現(xiàn)代計算機(jī)外存外存：硬盤/軟盤盤面:磁道:扇區(qū)一個扇區(qū)存放512個字節(jié)。141ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)外存外存：硬盤/軟盤58ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)存儲體系：不同性能資源的組合優(yōu)化算術(shù)邏輯單元控制單元寄存器CPU按存儲單元讀寫按存儲塊進(jìn)行交換內(nèi)存或主存(RAM)外存(硬盤/軟盤/光盤)ROM特性：速度慢、價格低、容量大、永久保存；特性：速度快、價格高、容量小、非永久存儲；內(nèi)存與外存的區(qū)別？142ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)存儲體系：不同性能資源的組合優(yōu)化算術(shù)邏輯單2.3現(xiàn)代計算機(jī)3、為什么要有操作系統(tǒng)：硬件功能擴(kuò)展的基本思維存儲體系環(huán)境下，程序怎樣被執(zhí)行?算術(shù)邏輯單元控制單元寄存器CPU按存儲單元讀寫按存儲塊進(jìn)行交換內(nèi)存或主存(RAM)外存(硬盤/軟盤/光盤)ROM程序如何存儲在外存上面?程序如何裝載到內(nèi)存中?裝載到哪里?程序如何被CPU執(zhí)行?CPU執(zhí)行哪個程序?143ppt課件2.3現(xiàn)代計算機(jī)3、為什么要有操作系統(tǒng)：硬件功能擴(kuò)展的基本2.3現(xiàn)代計算機(jī)操作系統(tǒng)：控制和管理計算機(jī)系統(tǒng)各種資源(硬件資源、軟件資源和信息資源)、合理組織計算機(jī)系統(tǒng)工作流程、提供用戶與計算機(jī)之間接口以解釋用戶對機(jī)器的各種操作需求并完成這些操作的一組程序集合，是最基本、最重要的系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)的作用：操作系統(tǒng)是用戶與計算機(jī)硬件