1、第3讲 数据操控,2019/8/15,计算机科学导论,1,3.1 计算机体系结构 3.2 计算机工作原理 3.3 一个计算机及其程序的执行,相关课程： 计算机组成原理,计算机组成原理主要讲述计算机各组成部分的构成、工作原理、逻辑设计与实现，以及将它们构成整机的技术。,冯.诺依曼模型,1、五个组成部分；运算器、控制器、存储器、输入、输出设备； 2、采用“存储程序”概念，以二进制形式将程序和数据存储在存储器中。,3.1 计算机组成结构,3.1.1 中央处理器 CPU,Arithmetical / Logical Unit （ALU）运算器,寄存器组,控制器,小而快速的存储单元 临时保存数据和指令,
2、协调计算的步骤,计算（算术和逻辑运算）,3.1.2 存储设备 作用：用于存放要执行的程序和相应的数据。,1、寄存器在CPU内部，存储用于CPU计算的临时数据和指令。,2、高速缓存（使用Static RAM，SRAM ） 存储容量不大，存取速度很快。 直接集成在CPU内部 用于存放部分正在运行的程序和数据 由静态存储器构成。,3、只读存储器（使用ROM） 可编程只读存储器（PROM）： 是一种可以用程序操作的只读内存，只允许数据写入一次。 可擦可编程只读存储器（EPROM ）：擦除后即可进行再编程。（用于BIOS设置）,使用动态随机存储器（ Dynamic RAM，DRAM）DRAM存储单元需要
3、定时刷新，否则存储的数据就会丢失，存取速度比较慢。 用途：目前RAM内存主要选用SDRAM。 同步动态随机存储器（Synchronous DRAM，SDRAM） 单倍数据速率SDRAM （SDR-SDRAM） 双倍数据速率SDRAM （DDR-SDRAM） 四倍数据速率SDRAM （QDR-SDRAM）,扩展阅读：http:/ 断电后存储的数据不丢失。 作为内存的后援设备，存放暂时不需要执行而将来要执行的程序和相应的数据。,常用的外存种类： 软盘（Floppy Disk） 硬盘（Hard Disk） 光盘（Compact Disc） U盘（Flash EPROM）,存储器的层次结构存储容量从小
4、到大形成如下层次： 寄存器。 高速缓存。 主存储器/内存。 辅助存储器/外存。,3.1.3 输入设备,键盘（Keyboard ）鼠标（Mouse）扫描仪（Scanner ）触摸屏（Touch Screen ）,显示器（Display Device） Cathode Ray Tube，CRT） Liquid Crystal Display ，LCD） 打印机（Printer） 绘图仪（Plotter）,3.1.4 输出设备,3.1.5 主板,主要功能 提供插接各种功能卡的插槽。 各种常用外部设备提供通用接口。,3.1.6总线,主要作用 多个功能部件共享的信息传输线称为总线。 采用总线结构便于部件
5、和设备的扩充，使用统一的总线标准，不同设备间互连将更容易实现。,3.1.7总线,总线分类 数据总线 地址总线 控制总线,内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线，称为内部总线。 系统总线：CPU同计算机系统的其他具有高速传输功能的部件，如存储器、通道等互相连接的总线称为系统总线。,计算机体系结构,3.2 机器语言,机器语言（machine language） 机器语言是直接用二进制代码表达的计算机语言，指令是用0和1组成的一串代码。 机器指令（machine instruction） 使用机器语言表达的指令称为机器指令。,机器指令的类型,数据传输类 包含请求在各个位置之间传输数据的
6、指令。 如：1RXY 算术/逻辑类 告诉控制单元请求在算术/逻辑单元内实现一个活动。 控制类 包含指导程序执行而非数据操作的指令。,3.2.2 一种演示用的机器语言,机器指令的编码形式 操作码：指明该指令要求的是什么运算； 操作数：提供关于操作码指定运算的更详细的信息。,操作码,操作数,3.3 程序执行,程序执行过程： 1、根据程序计数器规定的地址从存储器中取下一条指令，然后增加程序计数器的值。 2、对指令寄存器中的位模式进行译码。 3、实现指令寄存器里指令所规定的动作。,3.3.1一个实例：,指令编码 翻译156C 把地址为6C的存储单元里的位模式载入寄存器5166D 把地址为6D的存储单元
7、里的位模式载入寄存器65056 把寄存器5和6的内容相加结果存入寄存器0306E 把寄存器0的内容存放到地址为6E的存储单元中C000 停止,存储,地址 单元A0 15 A1 6CA2 16A3 6DA4 50A5 56A6 30A7 6EA8 C0A9 00,执行过程,主菜单,3.3.2 程序与数据,许多程序同时存储在主存储器中 只要地址不同，就没有问题； 数据也存储在主存储器中 执行程序的时候会有影响吗？ 计算机无法识别是程序还是数据 但这样使得一个程序可以操纵其它程序,小结,1、计算机的组成结构 2、计算机的工作原理 机器语言 程序的执行,巩固练习 一、单选题 1、第一代电子计算机所用的
8、电子元件是（ ）A、电子管 B晶体管 C、集成电路 D、大规模集成电路 2、在计算机的专业用语中，ROM表示（ ）A、外存储器 B、内存储器 C、只读存储器 D、随机存取存储器 3、CPU由运算器和（ ）组成A、RAM B、总线 C、控制器 D、存储器 4、计算机中的I/O设备是指（ ）A、输入/输出 B、显示器 /打印机 C、控制/计算 D、硬盘/软盘 5、下面哪个是微型计算机的输入设备（ ） A、显示器 B、鼠标 C、打印机 D、绘图仪 6、使用高速缓冲存储器可以大幅度提高（ ）A、硬盘数据传输速度 B、运算器的运算速度C、CPU从内存取得数据的速度 D、内存的总容量 7、计算机中所有信息
9、的存储都采用（ ） A、二进制 B、八进制 C、十进制 D、十六进制 8、在计算机数据中，1KB=（ ）B 。A、23 B、210 C、103 D、1010,二、名词解释：计算机、中央处理器、主频、字长、运算器、控制器、存储器、内存、外存、输入设备、输出设备、主板、总线、数据总线、地址总线、控制总线、软件、系统软件、应用软件。 三、问答题： 简述冯诺依曼体系结构计算机的基本组成及工作原理。 对比说明内存和外存的不同特点与不同作用。 内存有哪些主要类型？各有什么特点？ 外存有哪些主要类型？各有什么特点？ 常用的输入设备有哪些？对每种作简要说明。 常用的输出设备有哪些？对每种做简要说明。 四、P62：1，2，3，4,
