【文章內(nèi)容簡介】 ＝ 1 （ 求補(bǔ)律 ） 32 計(jì)算機(jī)硬件的基本結(jié)構(gòu) 輸入設(shè)備 內(nèi)存儲器 輔助存儲器 控制器 運(yùn)算器 輸出設(shè)備 程序 原始數(shù)據(jù) 運(yùn)算結(jié)果 數(shù)據(jù) 控制 33 運(yùn)算器 ?運(yùn)算器：對二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行運(yùn)算的部件 。 它在控制器的控制下執(zhí)行程序中的指令 ， 完成各種算術(shù)運(yùn)算 、 邏輯運(yùn)算 、比較運(yùn)算 、 移位運(yùn)算以及字符運(yùn)算等 ?運(yùn)算器的組成：算術(shù)邏輯部件 （ ALU） 完成加 、 減 、 乘 、除等四則運(yùn)算以及與 、 或 、 非 、 移位等邏輯運(yùn)算；寄存器用來暫存參加運(yùn)算的操作數(shù)或中間結(jié)果 ， 常用的寄存器有累加寄存器 、 暫存寄存器 、 標(biāo)志寄存器和通用寄存器等 ?運(yùn)算器的主要技術(shù)指標(biāo)：運(yùn)算速度 ， 其單位是 MIPS（ 百萬指令 /秒 ） ， 通常是按照一定的頻度執(zhí)行各類指令的統(tǒng)計(jì)值 34 存儲器 ? 存儲器：用來存儲數(shù)據(jù)和程序的部件 ? 存儲單位：位 （ bit） 、 字節(jié) （ byte） 、 字和字長 ? 存儲容量：存儲器所包含的存儲單元的總數(shù) ， 其單位為 K（ 1K＝ 210＝ 1024） ? 存儲器的分類： ? 內(nèi)存儲器：又稱為主存儲器 ， 簡稱為內(nèi)存或主存 ， 用來存放現(xiàn)行程序的指令和數(shù)據(jù) 。 包括隨機(jī)存取存儲器 （ Random Access Memory， 簡記為 RAM） 和只讀存儲器 （ Read Only Memory， 簡記為 ROM） 等 ? 外存儲器：又稱為輔助存儲器 ， 簡稱為外存或輔存 ， 用來存放需要長期保存的信息 35 控制器 ?控制器：是指揮計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件按照指令的功能要求協(xié)調(diào)工作的部件 ?控制器的組成： ? 程序計(jì)數(shù)器 （ PC） ：用來對程序中的指令進(jìn)行計(jì)數(shù) ， 使控制器能依次讀取指令 ? 指令寄存器 （ IR） ：在指令執(zhí)行期間暫時(shí)保存正在執(zhí)行的指令 ? 指令譯碼器 （ ID） ：用來識別指令的功能 ， 分析指令的操作要求 ? 時(shí)序控制電路：用來生成時(shí)序信號 ， 以協(xié)調(diào)在指令執(zhí)行周期內(nèi)各部件的工作 ? 微操作控制電路：用來產(chǎn)生各種控制操作命令 36 輸入 /輸出設(shè)備 ?輸入 /輸出設(shè)備：簡稱為 I/O設(shè)備 ， 是外部與計(jì)算機(jī)交換信息的渠道 ?輸入設(shè)備：用于輸入程序 、 數(shù)據(jù) 、 操作命令 、 圖形 、 圖像以及聲音等信息 。 常用的輸入設(shè)備有鍵盤 、 鼠標(biāo)器 、掃描儀 、 光筆 、 數(shù)字化儀以及語音輸入裝置等 ?輸出設(shè)備：用于顯示或打印程序 、 運(yùn)算結(jié)果 、 文字 、 圖形 、 圖像等 ， 也可以播放聲音 。 常用的輸出設(shè)備有顯示器 、 打印機(jī) 、 XY繪圖儀以及聲音播放裝置等 37 計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng) ? 指令：能被計(jì)算機(jī)識別并執(zhí)行的二進(jìn)制代碼 ， 它規(guī)定了計(jì)算機(jī)能完成的某一種操作 ? 指令系統(tǒng)：一臺計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的所有指令的集合 ? 指令的格式：一條指令由操作碼和地址碼組成 。操作碼規(guī)定了該指令進(jìn)行的操作種類；地址碼給出了操作數(shù) 、 結(jié)果以及下一條指令的地址 ? 指令的分類：數(shù)據(jù)傳送型指令 、 數(shù)據(jù)處理型指令 、輸入輸出型指令 、 硬件控制指令 38 計(jì)算機(jī)的工作原理 累加寄存器 算術(shù)、邏輯運(yùn)算部件 0100 0101 0102 … 0250 … 內(nèi)容 地址 指令 指令 020750 … 數(shù)據(jù) … 操作 控制線路 譯碼器 07 指令寄存器 0102 指令 計(jì)數(shù)器 控制器 運(yùn)算器 內(nèi)存儲器 ① ② ③ ④ 39 指令的執(zhí)行過程 ?取指令：即按照指令計(jì)數(shù)器中的地址 ， 從內(nèi)存儲器中取出指令 ， 并送往指令寄存器中 ?分析指令：即對指令寄存器中存放的指令進(jìn)行分析 ， 由操作碼確定執(zhí)行什么操作 ， 由地址碼確定操作數(shù)的地址 ?執(zhí)行指令：即根據(jù)分析的結(jié)果 ， 由控制器發(fā)出完成該操作所需要的一系列控制信息 ， 去完成該指令所要求的操作 ?上述步驟完成后 ， 指令計(jì)數(shù)器加 1， 為執(zhí)行下一條指令做好準(zhǔn)備 。 如果遇到轉(zhuǎn)移指令 ， 則將轉(zhuǎn)移地址送入指令計(jì)數(shù)器 40 計(jì)算機(jī)組織與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的一些主要技術(shù) ? 精簡指令集技術(shù) ? 高速緩沖存儲技術(shù) ? 虛擬存儲技術(shù) ? 指令流水線技術(shù) ? 并行處理技術(shù) 41 程序設(shè)計(jì)語言 ? 機(jī)器語言：由計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)組成 ， 使用機(jī)器語言編寫的程序計(jì)算機(jī)能夠直接理解并執(zhí)行 ， 但編程和理解都十分的困難 ? 匯編語言：使用 “ 助憶符 ” 來表示指令的操作碼 ， 并使用存儲單元或寄存器的名字表示地址碼 ， 以便于記憶和書寫 ? 高級程序設(shè)計(jì)語言：是一種與機(jī)器的指令系統(tǒng)無關(guān) 、 表達(dá)形式更接近于被描述的問題的程序設(shè)計(jì)語言 ， 便于程序的編寫 ， 如C語言 、 C＋＋ 語言 、 FORTRAN語言 、 PASCAL語言等 。 高級程序設(shè)計(jì)語言又可分為面向過程和面向?qū)ο髢煞N類型 。 使用高級程序設(shè)計(jì)語言編寫的程序稱為源程序 ， 它必須經(jīng)過程序設(shè)計(jì)語言翻譯系統(tǒng)的處理后才能執(zhí)行 42 程序設(shè)計(jì) ?程序設(shè)計(jì)：是一個(gè)使用程序設(shè)計(jì)語言 （ 如機(jī)器語言 、 匯編語言和高級程序設(shè)計(jì)語言 ） 產(chǎn)生一系列的指令以告訴計(jì)算機(jī)該做什么的過程 ?廣義的程序設(shè)計(jì)：并不僅僅是簡單的編寫程序代碼 ， 包括以下 6個(gè)步驟： ? 需求分析 ? 總體設(shè)計(jì) ? 詳細(xì)設(shè)計(jì) ? 編碼 ? 測試 ? 運(yùn)行與維護(hù) 43 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) ?結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)：采用自頂向下逐步求精的設(shè)計(jì)方法和單入口單出口的控制成分 （ 順序 、 分支和循環(huán) ） A A A A A 條件 條件 T T F F 順序結(jié)構(gòu) 循環(huán)結(jié)構(gòu) 選擇型分支結(jié)構(gòu) 44 良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格 ?標(biāo)識符：按意命名 、 保留字用大寫字母 、 使用統(tǒng)一的縮寫規(guī)則 ?表達(dá)式：使用括號 、 使用庫函數(shù) 、 條件化簡 、 函數(shù)與過程 ?模塊化：模塊的獨(dú)立性 （ 高內(nèi)聚 、 低耦合 ） 、 模塊的規(guī)模適中 ?程序行的排列格式：排列格式美觀 、 層次分明 、 使用統(tǒng)一的縮進(jìn)格式 ， 同一嵌套深度并列的語句對齊 ?注釋：添加必要的注釋 ， 以說明程序 、 過程和語句等的功能及注意事項(xiàng) 45 算法 ? 算法：是由一系列規(guī)則組成的過程 ， 這些規(guī)則確定了一個(gè)操作的順序 ， 以 便能在有限步驟內(nèi)得到特定問題的解 ? 算法的性質(zhì)： ? 確定性：即描述操作過程的規(guī)則必須是確定的 、 無二義性的 ? 通用性：即算法是給出一類問題的求解方法 ， 而不是表示解決某一個(gè)特殊的具體問題 。 ? 有限性：即算法在執(zhí)行了有限步之后必須要終止 ? 算法的描述工具： ? 自然語言 、 流程圖 、 決策表 、 算法描述語言 46 歐幾里德算法（ Euclid’s Algorithm） 〖 例 21〗 若給定兩個(gè)正整數(shù) m和 n， 試寫出求它們的最大公因子的算法 該算法的步驟用文字表述如下： 第 1步：讀入兩個(gè)正整數(shù) m和 n（ 設(shè) mn） 。 第 2步：求 m和 n的余數(shù) r＝ mod（ m,n） 。 第 3步：用 n的值取代 m， 用 r的值取代 n。 第 4步：判別 r的值是否為零 ， 如果 r＝ 0， 則 m為最大公因子；否則返回 第 2步 。 第 5步：輸出 m的值 ， 即為最大公因子 47 歐幾里德算法（算法描述語言表示） PROCEDURE Euclid； BEGIN READ（ m,n） 。 REPEAT。 r:=MOD（ m,n） 。 m:=n。 n:=r。 UNTIL r＝ 0。 WRITE (m) END 48 歐幾里德算法（流程圖表示） BEGIN END r=mod(m,n) n=r m=n WRITE m r≠0 READ m， n