第04章-冯-诺依曼计算机器-程序执行

图灵机的思想与模型简介,ResearchCenteronIntelligentComputingforEnterprises凡是图灵机解决不了的问题任何算法也解决不了-图灵可计算性问题。,图灵机的思想与模型简介(3)图灵机是什么?,按计算规则(程序)对输入进行变换得到输出,图灵机的思想与模型简介(4)小结?,冯.诺依曼计算机:思想与构成,ResearchCenteronIntelligentComputingforEnterprises计算ax2+bx+c的程序。,机器指令与机器级程序(5)将机器级程序和数据装载进存储器中?,高级语言程序的示例计算ax2+bx+c其中a,x,b,c是变量。变量的地址是由编译程序在编译过程中自动分配的，也即是说编译器根据当时编译的情况，分配a,x,b,c为8号，9号，10号，11号存储单元，并产生上述的机器指令程序,机器指令与机器级程序(6)高级语言程序和机器有什么关系呢?,机器指令与机器级程序(7)小结?,符号化、计算化,再语义化,程序化,执行化,机器级算法的结果,机器级程序-机器指令,运算器和控制器：执行,机器级算法,执行,用0/1编码：指令和数据,存储器：0/1存与取,0/1化,信号化,存储,基本目标:理解程序是如何被执行的,基本思维：机器级算法与程序机器指令与指令系统存储器存储程序运算器与控制器机器级程序的执行；算法程序化程序指令化指令存储化执行信号化,机器指令与机器级程序(8)在“冯.诺依曼机执行程序的基本思维”中的位置?,机器级程序的执行机制,ResearchCenteronIntelligentComputingforEnterprises&Services,HarbinInstituteofTechnology,战德臣哈尔滨工业大学教授.博士生导师教育部大学计算机课程教学指导委员会委员,机器级程序的执行机制(1)装配一台计算机-运算器,(数据)寄存器,0000000000000011,0000000000001000,0000000000000000,0000000000000000,R0,R1,(数据)寄存器算术逻辑部件,R0=R1R0(赋值,R0既是一个操作数，又保存运算结果)。其中为算术、逻辑及移位运算符,时钟与节拍发生器,信号控制,0000000000000000,0000010000001000,PC,IR,0000000000000011,0000000000001000,0000000000000000,0000000000000000,R0,R1,(数据)寄存器,机器级程序的执行机制(2)装配一台计算机控制器,程序计数器PC指令寄存器信号控制器时钟与信号发生器,时钟与节拍发生器,信号控制,0000000000000000,0000010000001000,PC,IR,0000000000000011,0000000000001000,0000000000000000,0000000000000000,0000010000001000,0000000000000000,地址,内容,R0,R1,(数据)寄存器,存储单元地址存储单元内容,机器级程序的执行机制(3)装配一台计算机存储器,不同的指令，由一组不同的电信号构成同一指令的电信号在时钟与节拍的控制下按次序产生与传输一条指令占用一个或多个机器周期，一个机器周期又分为多个节拍最小的时间区隔单位-时钟周期,机器级程序的执行机制(4)指令是怎样被执行的?,指令执行,问：机器的“主频”指的是什么?,计算机各部件内部的简单构成关系,机器级程序的执行机制(5)机器级程序被装载进存储器中,寄存器算术逻辑部件程序计数器PC指令寄存器信号控制器时钟与信号发生器存储单元地址存储单元内容,基本目标:理解程序是如何被执行的,基本思维：机器级算法与程序机器指令与指令系统存储器存储程序运算器与控制器机器级程序的执行；算法程序化程序指令化指令存储化执行信号化,机器级程序的执行机制(6)在“冯.诺依曼机执行程序的基本思维”中的位置?,机器级程序的执行过程模拟,ResearchCenteronIntelligentComputingforEnterprises&Services,HarbinInstituteofTechnology,战德臣哈尔滨工业大学教授.博士生导师教育部大学计算机课程教学指导委员会委员,时钟与节拍发生器,信号控制,0000000000000000,0000010000001000,PC,IR,0000000000000011,0000000000001000,0000000000000000,0000000000000000,0000010000001000,0000000000000000,地址,内容,R0,R1,(数据)寄存器,机器级程序的执行过程模拟(1)程序和数据已经装入存储器中如何执行呢?,时钟与节拍发生器,信号控制,寄存器,0000000000000000,0000010000001000,-(随机的数值),-(随机的数值),-(随机的数值),-(随机的数值),0000010000001000,0000000000000000,地址,内容,R0,R1,PC,IR,机器级程序的执行过程模拟(2)第1条指令的读取,时钟与节拍发生器,信号控制,寄存器,0000000000000001,0000010000001000,-(随机的数值),0000000000000011,-(随机的数值),-(随机的数值),0000000000000011,0000000000001000,地址,内容,控制R0,R0,R1,000001,PC,IR,-(随机的数值),0000000000000000,机器级程序的执行过程模拟(3)第1条指令的执行,时钟与节拍发生器,信号控制,寄存器,0000000000000001,0001000000001001,-(随机的数值),0000000000000011,-(随机的数值),-(随机的数值),0001000000001001,0000000000000001,地址,内容,R0,R1,PC,IR,0000010000001000,机器级程序的执行过程模拟(4)第2条指令的读取,时钟与节拍发生器,信号控制,寄存器,0000000000000010,0001000000001001,0000000000001000,0000000000000011,-(随机的数值),-(随机的数值),R0,R1,0000000000001000,0000000000001001,地址,内容,控制R1,000100,PC,IR,-(随机的数值),0000000000000001,机器级程序的执行过程模拟(5)第2条指令的执行,时钟与节拍发生器,信号控制,寄存器,0000000000000010,0001000000001001,0000000000001000,0000000000011000,-(随机的数值),-(随机的数值),R0,R1,0000000000001000,0000000000001001,地址,内容,000100,PC,IR,0000000000000011,机器级程序的执行过程模拟(5)第2条指令的执行,时钟与节拍发生器,信号控制,寄存器,0000000000000010,0000110000001010,0000000000001000,0000000000011000,-(随机的数值),-(随机的数值),R0,R1,0000110000001010,0000000000000010,地址,内容,000100,PC,IR,0000000000000011,机器级程序的执行过程模拟(6)其他指令的执行,机器级程序的执行过程模拟(7)小结?,符号化、计算化,再语义化,程序化,执行化,机器级算法的结果,机器级程序-机器指令,运算器和控