期末复习_chap2_程序设计语言概述.ppt

1、1.北京邮电大学计算机科学与技术学院通信软件工程中心。第一章：计算机系统概述，1.1计算和计算工具，1.2计算机发展简史，1.3计算机应用，1.4计算机的基本原理和组成，1.5计算机系统，3.1计算和计算工具，第二，计算工具的发展历史巴比奇分析机(齿轮式)-英国数学家查尔斯巴贝奇(1791-1871)-1822年设计了一台旅行机器，10年后能进行加减运算和完成表格的编制，并能根据设计者的控制自动完成一系列运算，反映了最早的1834年，有人提出分析机构希望：成为一台通用的数学计算机，它不仅能进行数字运算，还能进行逻辑运算。1822差速机、1834分析机、4巴贝奇分析机、巴贝奇分析机由四部分组成：

2、第一部分：用于存储数据的齿轮式“存储器”；第二部分：对数据执行各种操作的设备(“车间”)；第三部分：控制操作顺序、选择待处理数据和输出结果的装置；第四部分：用于在“仓库”和“车间”之间发送和取出数据以及传输数据的输入和输出组件。分析仪的工作过程：待处理的数据通过输入部分输入并存储在“存储仓库”中。在控制器的控制下，数据从存储仓库中取出并传送到操作装置进行操作，最终的操作结果由输出部分输出。巴贝奇分析器，拜伦的女儿，诗人阿达奥古斯塔：巴贝奇的战友，为分析器编写了一批函数计算程序。巴贝奇和阿达被认为是世界上第一个软件工程师(为了纪念她，一种为美国国防部开发的语言被命名为阿达语言)。巴贝奇和阿达为分

3、析仪付出了所有的努力和财富，但由于当时机械制造技术的限制，分析仪最终无法完成。然而，这一天才的思想提出了类似于现代计算机划时代的五大组成部分的逻辑结构，并为下一代通用处理器的诞生奠定了坚实的基础！巴贝奇被认为是现代计算机的创始人，6.1.1计算和计算工具。美国哈佛大学应用数学教授霍华德艾肯(Howard Aiken)受到了巴比奇思想的启发，并得到了IBM的支持。1944年，他成功开发了马克一号，一台机电计算机，用继电器代替齿轮和其他机械零件，实现了巴比奇的夙愿。它是世界上第一台大型自动数字计算机(已经是一台电机)。第二次世界大战结束后，真空管被广泛使用，电子设备的采用使计算机进入了电子时代。注

4、意：这是一台电脑，不是计算器！电脑和计算器有什么区别？7，1.1计算和计算工具，计算工具发展历史概述：机械计算器(帕斯卡，莱布尼茨)机械计算机(巴贝奇)机电计算机(艾肯)电子计算机(埃克特和莫基利，美国)？8，1.2电子计算机发展简史，概述ENIAC(电子数字集成计算机的缩写)世界上第一台电子计算机的发展历史和分类计算机科学史上的几个重要人物布尔和布尔逻辑香农和开关电路图灵和图灵机冯诺依曼和计算机存储程序体系结构，9，1.2电子计算机发展简史，1。埃尼亚克1946年2月14日出生于美国宾夕法尼亚大学重量：30吨面积：170平方米电子管：18000电阻：70000电容：1000功耗：140千瓦，

5、每秒5000次加法或500次乘法或50次除法，10，1.2计算机发展简史，3。重要人物布尔和布尔逻辑香农和开关电路理论艾伦图灵和图灵机冯诺伊曼和存储程序的计算机体系结构，11，1.2计算机发展简史布尔和布尔逻辑，英国数学家布尔建立了一个新的数学学科布尔代数，并在1847年布尔发表了他的第一本书，逻辑的数学分析。1854年，他出版了逻辑和概率的数学理论基础，1。布尔和布尔逻辑，12。1.2计算机发展简史布尔和布尔逻辑。在布尔代数中，布尔设想了一个关于0和1的代数系统，并用基本的逻辑符号系统来描述对象和概念。0和1是独立变量的定义字段和函数的值字段。13，二进制代数，只有0和1两个值，三个基本运算

6、：组合运算：逻辑“与”、“或”、“非”、“或”、“与非”、“异或”和“异或”，布尔代数。这种代数不仅广泛应用于概率统计领域，更重要的是，它是未来数香农和开关电路理论在1938年发表的继电器和开关电路的符号分析，并首次用布尔代数作为分析和设计开关电路的工具。证明了布尔代数的逻辑运算可以通过继电器电路实现。给出了加减乘除电子电路的设计方法。这为数字计算机奠定了基础。美国数学家克劳德香农(Claude Shannon)从1916年到2001年，进一步证明了计算机可以通过继电器或电子元件来实现布尔代数运算，从而使计算机具有算术运算和逻辑运算的功能。15，1.2计算机发展简史仙农和开关电路理论。1948

7、年，冼农发表了另一篇至今仍光芒四射的论文通信的数学基础，从而为自己赢得了“信息论之父”的称号。通信的数学基础一书明确定义了信息的量化表示方法，即信息用二进制符号(0或1)表示，比特是信息的最小单位。所有的通信信息都可以编码成数字并传输，然后在接收后解码。稍后将介绍，16岁的英国数学家阿兰麦席森图灵(1912-1954)，1912年出生于英国伦敦，1931年被剑桥皇家学院录取，并在22岁时被选为皇家学院的研究员，一个著名的怪人；想想数学函数的“可计算性”(也就是说，什么样的问题是可计算的):只要给人们足够的时间计算，一些数学函数能通过有限的机械步骤来解决吗？1936年，图灵发表了一篇关于可计算数

8、在判断问题中的应用的论文，给出了“可计算性”的严格数学定义，并提出了著名的图灵机的思想。1.2计算机发展简史艾伦图灵和图灵机，3。艾伦图灵和图灵机，17.1.2计算机发展简史艾伦图灵和图灵机，图灵机的组成：一个无限长的纸带，一个读写头(中间的大盒子)，内部状态(盒子上的方块，如A、B、E、H)，一个程序工作原理：根据程序命令和它的内部状态读、写、移动纸带(详见教科书第154页)，直到获得最终结果。图灵机，图灵机不是一个具体的机器，而是一个意识形态模型。18，1.2计算机发展简史艾伦图灵和图灵机图灵机从理论上证明了开发通用数字计算机的可行性，是图灵一生中最重要的科学贡献。图灵被称为“计算机科学之

9、父”，并获得了计算机领域的图灵奖。1966年，它由美国计算机协会(Computing machine Association for Computing machine)成立，重点培养在计算机科学理论和软件方面做出突出贡献的科学家。在1966年和2001年，共有42人获得了这一荣誉，19，1.2匈牙利数学家，计算机发展简史；他有着扎实的数学基础和广博的知识，不仅是数学天才，而且在物理和经济方面都取得了成就，被誉为：全面科学的大师；了解ENIAC的发展，加入计算机开发者的行列；ENIAC问世后，敏锐地捕捉到了ENIAC最大的弱点：没有真正的记忆，程序是外推的，这导致了程序的高计算速度和手工编写之

10、间的巨大矛盾；针对ENIAC中存在的问题，提出了存储程序的思想：要求程序像数据一样必须存储在计算机的主存中，这样计算机就可以自动重复执行程序，而不必对每个问题都重新编程，从而大大加快了操作过程。4。冯诺依曼计算机体系结构和存储程序，20，1.2计算机发展简史冯诺依曼机器体系结构，冯诺依曼机器体系结构的特点：指令和数据用二进制表示，从而简化了机器的逻辑电路；指令和数据代表程序存储，指令和数据存储在主存中，主存是计算机自动和连续运行的基础；计算机由五部分组成：运算单元、控制器、存储器、输入设备和输出设备。冯诺依曼计算机的工作原理：存储程序(预先对要执行的任务进行编程并将其存储在主存储器中)控制程序

11、(执行时在主存储器中调用程序以便由中央处理器进行计算)第一台基于冯诺依曼思想的计算机于1950年诞生于美国宾夕法尼亚大学，它的名字叫EDVAC。由于冯诺依曼对计算机逻辑结构设计的巨大贡献，他被称为“计算机之父”！21，1.4计算机的基本原理和组成，2。计算机的基本组成，数据总线，控制路由，地址总线，先不要注意连接的含义，22。示例：键盘、扫描仪、鼠标、触摸屏、麦克风、磁带机、磁盘驱动器、光盘驱动器、功能：1.4计算机的基本原理和组件，23。例如：监视器、打印机、绘图仪、磁带驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器。功能：将计算机处理的数据和计算结果从二进制形式转换成信息形式(如字符、曲线、图像、表格、声

12、音等)。)人们习惯于接受，或者以其他机器可以接受的形式输出。1.4计算机的基本原理和组成，24.1.4计算机的基本原理和组成，存储器：存储数据和程序。数据：数字、字符、图像、声音、动画等。如何将数据转换成二进制形式将在接下来的章节中介绍，数据和程序的存储形式：0或1，二进制。事实上，0或1由存储介质的两种不同的稳定状态来表示。存储系统的层次结构，1.4计算机的基本原理和组成，主存储器/存储器：(半导体)存取速度快，容量有限，单位成本高，辅助存储器/外部存储器：(光盘、磁盘)断电丢失，容量大，单位成本低，长期信息保存短。正在运行的程序和需要的数据存储在主存储器中，而暂时不用的程序和数据存储在辅助

13、存储器中。辅助存储器只与主存储器交换数据，因此存储系统具有主存储器的速度和辅助存储器的容量。(中央处理器)，26，1.4计算机的基本原理和部件，输入，输出，程序的原始数据。命令数据线，控制信号线，27，1.4计算机的基本原理和组成，内存的组成单位，它存储8位二进制信息来识别和标识每个内存单元，也是二进制形式，内存的最小单位，它存储一位二进制数、和测量内存空间大小的索引，以字节为基本单位，一个字节由八位组成。也就是说，333，601字节是8位，28，1024 (210)字节称为K字节，1024 K (220)字节简称为M字节，1024兆字节简称为G字节，1024千兆字节简称为G字节，1024千兆

14、字节简称为Tb(太字节)，1.4计算机的基本原理和组成，其他存储容量单位，29.1.4计算机的基本原理和组成，主存储器是由存储器组成寄存器：用于存储信息，其存取速度比主存快。存在于中央处理器、主存储器和输入/输出设备中。MAR存储要访问的存储单元的地址。MDR缓存主内存和中央处理器之间交换的读写数据。MAR，MDR，主存储器，30，完成各种算术和逻辑运算。算术单元的核心部件是算术逻辑单元和几个寄存器。算术逻辑单元用于执行算术和逻辑运算，寄存器用于存储运算中涉及的各种数据以及运算后的结果。控制器是计算机中的控制中心，用于安排操作顺序、翻译指令代码、向其他组件发送控制信号以及命令计算机组件协同工作

15、。在介绍控制器结构之前，我们先了解几个概念：指令，指令系统，程序，1.4计算机的基本原理和组成，以及32。计算机任务实现的过程总是被分解成几个简单的基本操作(基本操作的可重用性)。指令：是一个二进制代码串，可以被计算机硬件直接识别，并命令计算机执行一些基本操作。一个程序在被计算机执行之前必须被转换(编译或解释)成一个指令序列。，1.4计算机的基本原理和组成，33，1.4计算机的基本原理和组成，操作代码：用于指示本指令要求计算机完成的操作；操作数地址：中央处理器根据地址获取所需的操作数；操作数可以直接给出，可以是内存地址或寄存器地址(即寄存器名称)；运算结果的存储地址：操作数的运算结果保存在该地

16、址中，以供重用；它可以是存储器地址或寄存器地址；下一条指令的地址：通常，如果程序是按顺序执行的，下一条指令的地址由程序计数器PC(存储下一条指令地址的寄存器)来指示；只有当程序的运行顺序改变时(分支和调用子程序)，分支指令才给出下一条指令的地址。操作码地址码，地址码，34。计算机可以直接识别和执行的所有指令的集合被称为这种计算机的指令系统。不同类型的计算机有不同的指令系统，其中指令的类型和数量也不同。1.4计算机的基本原理和组成，35。通用计算机包括以下几种指令：1)算术运算。一种执行算术运算的指令类，如加法、减法、乘法和除法；2)逻辑运算类。一种执行逻辑运算的指令类，如与、或、非、移位和比较；3)转学课程。执行提取、存储和传输等操作的指令类；4)程序控制类。一种指令类，执行无条件转移、条件转移、调用程序和返回等操作；5)输入/输出类。执行指令类，如输入、输出、输入/输出等。实现存储器和外部设备之间的信息传输；6)其他说明。一种指令类，执行关机、空闲操作和等待等操作。1.4计算机的基本原理和组成，36、程序是根据预先设计的功能和性能要求编制的指令序列。注意：这个引用并不意味着程序必须是二进制代码，而是程序最终将被转换成指令序列！1.4计算机的基本原理和组成，37。程序的运行是不断获取、分析和执行指令的过程，所有这些都由控制器控制。控制器接收