西安邮电大学-《大学计算机基础》课程地址 大家平时接触使用计算机并不少， 可你知道计算机是如何工作的吗？
大家都知道计算机是由电子元器件构成的， 可你知道隐藏在内部的计算机硬件系统是怎么构成的吗？
3.1 计算机系统概述
计算机系统组成：
硬件系统+软件系统，二者相辅相成。
硬件系统：计算机物理设备（看得见、摸得着），是计算机系统的物质基础。
软件系统：是为了运行、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据和文档的总称。计算机软件实际上就是在硬件系统上的层层包装，和硬件系统配合来发挥计算机的功能。软件系统是计算机系统的灵魂。
裸机：只有硬件系统的计算机
组成结构图：
冯·诺依曼体系结构
阿兰·图灵：奠定了计算机的理论基础
冯·诺依曼：计算机体系结构的奠基者。提出了现代计算机的体系结构，被称为“计算机之父”。冯·诺依曼体系结构的计算机被称为冯·诺依曼式计算机。现代的计算机都是冯·诺依曼式计算机，只是提高了计算机的技术和性能。
三方面特点
1、提出采用二进制
2、计算机要有五个部分构成：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备
3、提出了存储程序工作原理：将程序和数据同等对待，共同存放在存储器。提高了效率、分离了软硬件。（一场革命）
早期计算机设计中，将程序和数据区分处理，数据被放在存储器中，程序放在控制器中。效率低下、灵活性差。
五个构成部分（结构示意图）
1、运算器 （ALU）
2、控制器
3、存储器
主要存放数据和程序，分为：内存储器、外存储器。
主要负责外部的信息交流、信息的大量存储。
4、输入设备 （Input）
5、输出设备 （Output）
硬件名词
CPU：
I/O设备：
关系：
- 来自输入设备的信息，先到达“内存储器”
- 数据从“内存储器”流向到输出设备
- 运算器从内存储器中取得数据进行处理、再把结果返回给内存储器
- 外存储器作为存储大量暂时不用的数据的设备，只和内存储器打交道
- 内存中暂时不用的数据会被放入到外存当中，内存中需要但又没有的数据再从外存中调入
- 内存就像是计算机的信息交流中心，而外存充当的是后备仓库
控制器用来控制其他部件工作：控制运算器进行运算等，控制器中的内容来自内存
补充：指令和程序
指令
能被计算机识别并执行的二进制代码，通常的，一条指令由操作码和操作数两部分构成
操作码：指明该指令要完成的操作类型
操作数：指明操作对象
注意：操作数除了是参与运算的数本身外，大多数情况下都是参与操作的数据所在的地址。
程序
一条指令实际上是规定了计算机能够完成的某一种操作
而程序就是计算机指令的有序集合，是能够完成一定功能的指令序列指令执行基本步骤
按照冯诺依曼原理，程序编写完后存储在内存里，执行时从内存中按照某种顺序取出指令。一条指令执行完、再执行第二条，直到组成程序的所有指令都执行完，程序才结束执行。
指令的执行过程往往简化成「取指令」、「分析指令」、「执行指令」三个基本步骤两种指令的工作方式
顺序工作方式：控制简单、实现容易、效率较低
并行工作方式：控制成本较高，提高指令的执行效率，可以最大限度的利用资源
存储程序的工作原理
计算机的自动工作过程取决两个基本能力
存储程序原理
计算机利用存储器（内存）来存放将要执行的程序，CPU可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。
内存存放程序、CPU执行程序。计算机结构未来发展
冯·诺依曼体系结构也有其局限性【？】
所以后来又提出了很多新概念模型体系结构，如光子计算机、生物计算机等。他们的理念和冯·诺依曼体系结构截然不同。
虽然目前还在研制阶段，但是未来是无限可能的。课后讨论题：指令的执行过程
尝试举例说明一条指令的执行过程。
一般来说，指令的执行过程是「取指令」、「分析指令」、「执行指令」三个基本步骤。
以运行1+1为例，程序「1+1」存放在存储器中，
第一步是，CPU从存储器中取出一条指令
第二步是CPU进行分析指令，得到操作码和操作数+、1、1
第三步是开始执行，将两个二进制的1进行加法运算，求和返回10
最后，一条指令执行完，紧接着执行下一条。某同学回答： 计算机每执行一条指令都可分为三个阶段进行。即取指令——-分析指令——-执行指令。 取指令的任务是：根据 程序计数器 PC中的值从 程序存储器 读出现行指令，送到指令 寄存器 。 分析指令阶段的任务是：将指令寄存器中的指令操作码取出后进行译码，分析其指令性质。如指令要求操作数，则寻找操作数地址。 计算机 执行程序 的过程实际上就是逐条指令地重复上述操作过程，直至遇到停机指令可循环等待指令。
扩展资料1：摩尔定律及面临的挑战
扩展资料2：CPU的发展历程和现状
扩展资料3：国产硬件的反战
第三讲 测试
答错的几道题：
- 如果一个微处理器有12条地址总线，那么它所能访问的存储器的最大容量为4k_字节
- 微机中的486或者586指的是 CPU的类型
- 有关磁盘格式化的叙述中，正确的是：只有格式化后的磁盘才能使用，对旧盘格式化会抹去盘中原有的信息；磁盘格式化将划分为磁道和扇区
- 磁盘既可作为输入设备又可作为输出设备。
第三讲 作业
1、计算机系统由哪两大部分组成？
计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。二者相铺相成。
硬件系统：就是计算机的物理设备，是计算机系统的物质基础。
软件系统：是为了运行、管理和维护计算机而编织的各种程序、数据和文档的总成。
只有硬件系统的计算机被称为裸机。
硬件包括：主机（CPU、内存等）+外部设备（输入/输出设备、外存等）
软件包括：系统软件（操作系统、语言处理程序等）+ 应用软件（文字、表格处理等）2、冯诺依曼结构的计算机核心设计思想主要体现在哪三个方面？
1、提出采用二进制，使得计算机相比十进制在性能上有了质的飞跃。
2、提出计算机要有五个部分构成，分别是运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
3、提出了存储程序工作原理，将程序和数据同等对待，共同存放在存储器。提高了效率，分离了软硬件。3、冯诺依曼确定的“计算机结构”的5大部件有哪些？
分别是：
1、运算器（ALU）
主要进行算术运算和逻辑运算
2、控制器
主要控制和只会程序和数据的输入运行、以及处理运算结果。
3、存储器
主要存放数据和程序。分为内存储器、外存储器。
主要负责外部的信息交流、信息的大量存储。
4、输入设备
主要负责将人们熟悉的信息形式转换为计算机能够识别的信息形式
5、输出设备
将机器的运算结果转化为人们熟悉的信息形式。4、总线按照传输数据类型的不同，分为哪三类？
根据传输信息的内容和作用来分类，分为地址总线、数据总线、控制总线三类。
1、地址总线 AB（Address bus）
专门用来传送地址信息
2、数据总线 DB（data bus）
专门用来传输数据信息
3、控制总线 CB （control bus）
专门用来传送控制信号和时序信号5、触摸屏、扫描仪、打印机、耳机分别属于输入设备还是输出设备？
输入设备：触摸屏、扫描仪
输出设备：打印机、耳机
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