【正文】 q1表示機器的初始狀態(tài) q4表示機器的結束狀態(tài) 如果帶子上的輸入信息為 10100010，讀寫頭位對準最右邊第一個為 0的方格，且狀態(tài)為 q1。 按照以下五元組指令集執(zhí)行后，輸出正確的計算結果是什么？ 計算機 基礎知識 163 圖靈機與馮 諾依曼機 指令集 q101Lq2 q110Lq3 q1bbNq4 q200Lq2 q211Lq2 q2bbNq4 q301Lq2 q310Lq3 q3bbNq4 計算函數是： S(x)=x+1 b b 1 0 1 0 0 0 1 0 b b ? ? q1 b b 1 1 0 0 0 1 0 1 b b ? ? q1 1 q2 1 q2 0 q2 0 q2 0 q2 1 q2 0 q2 1 q2 b q4 計算機 基礎知識 164 圖靈機與馮 諾依曼機 [例 ]圖靈機 Mz：其中 Q={q1,q2,qf} 五元組指令集為： q110Rq1 q100Lq2 q201Nqf 求 Mz對任何一串 “ 1”的作用是什么？ b b 1 1 1 1 1 1 0 0 b b ? ? q1 僅留下最后一個 “ 1” 計算機 基礎知識 165 圖靈機與馮 諾依曼機 二、馮 諾依曼型計算機 重要思想 ：存儲程序、二進制 諾依曼機的特征 ⑴計算機應由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部件組成； ⑵計算機中采用二進制來表示指令和數據； ⑶采用存儲程序方式，計算機能自動逐條取出指令并執(zhí)行程序。 計算機 基礎知識 166 圖靈機與馮 諾依曼機 諾依曼機工作原理 先將程序 (一組指令 )和數據存入計算機，啟動程序就能按 照程序指定的 邏輯順序把指 令讀取并逐條 執(zhí)行，自動完 成指令規(guī)定的 操作。 計算機 基礎知識 167 計算機結構及工作原理 一、計算機的硬件結構 以運算器為中心的存儲程序式計算機模型。 存儲器 輸入設備 輸出設備 運算器 控制器 結果 程序或數據 數據傳送線 控制信號線 計算機 基礎知識 168 計算機結構及工作原理 運算器是對數據進行加工處理的部件。 在控制器的操縱下，它與內存交換數據，負責算術運算、邏輯運算和移位運算等。 控制器負責對指令進行分析和判斷，發(fā)出控制信號，使計算機各部件協調工作，確保系統的自動運行。 運算器＋控制器＝中央處理單元 (CPU) 計算機 基礎知識 169 存儲器是存放大量程序和數據的部件。 分類 ：內部存儲器、外部存儲器 特點 ：內存 → 存取速度快、存儲容量小 外存 → 存取速度慢、存儲容量大 輸入設備是用來接受用戶輸入的原始數據和程序，并將它們轉變?yōu)橛嬎銠C能識別的形式存放的內存中。 計算機結構及工作原理 計算機 基礎知識 170 常用的輸入設備有：鍵 盤、鼠標器 掃描儀、麥克風 輸出設備是將計算機處理過的信息以人們所能接受的形式表示出來。 常用的輸出設備有：顯示器、打印機 繪圖儀、音箱等 計算機結構及工作原理 運算器＋控制器＋內存儲器＝ 主機 輸入設備＋輸出設備＝外部設備 計算機 基礎知識 171 計算機結構及工作原理 二、計算機的工作原理 指令 ：能被計算機識別的命令。它是硬件可執(zhí)行的、完成一個基本操作所發(fā)出的命令。 指令格式 ： 指令系統 ：計算機能識別所有指令的集合。 程序 ：指用戶根據某一問題的解決步驟，選用一組指令進行有序排列的集合。 操作碼 地址碼或數據 計算機 基礎知識 172 計算機結構及工作原理 舉例說明 ：計算 7+2=? 文字描述的計算程序 計算步驟 解題命令 1 從存儲器中取出 7到運算器的 0號寄存器中 2 從存儲器中取出 2到運算器的 1號寄存器中 3 將 0號和 1號寄存器中的數據相加，得和 9 4 將計算結果 9存入存儲器中 5 在輸出設備中打印計算結果 9 6 停機 計算程序的簡寫形式 指令操作碼表 操作數存放單元 指令順序 操作碼 操作數 1 取數 7 2 取數 2 3 加法 7， 2 4 存數 9 5 打印 9 6 停機 操作名稱 操作碼 取數 0100 加法 0101 存數 1010 打印 1000 停機 1111 數的操作地址 存放的數 0001 0111(7) 0010 0010(2) 0011 計算結果 用二進制表示的計算程序 存儲器布局 指令地址 操作碼 地址碼 所完成的操作 0101 0100 0001 R0←(D 1) 0110 0100 0010 R1←(D 2) 0111 0101 0001 R0←(R 0)+(R1) 1000 1010 0011 D3←(R 0) 1001 1000 0011 打印機 ←(D 3) 1010 1111 停機 單元地址 存儲單元內容 0001 00000111 7 0010 00000010 2 0011 計算結果 0100 0101 01000001 取數指令 0110 01000010 取數指令 0111 01010001 加法指令 1000 10100011 存數指令 1001 10000011 打印指令 1010 1111 停機指令 1011 ┇ 計算機 基礎知識 175 計算機結構及工作原理 三、計算機的層次結構 計算機硬件 操作系統 各種語言處理程序 各種應用程序 用戶程序 操作系統向下控制硬件，向上支持其他軟件。即操作系統把用戶與物理機器隔開，凡是對機器的操作一律轉化為操作系統的調用。 計算機 基礎知識 176 計算機結構及工作原理 四、計算機的性能指標 字長是計算機 CPU能直接處理二進制數據的位數，它決定了系統數據總線的位數。 字長位數越多，計算精度越高，但硬件成本也越高。目前計算機字長一般分為 8位、 16位、32位、 64位不等。 與主頻、執(zhí)行具體指令、內存速度等有關。 計算機 基礎知識 177 時間頻率 ：計算機時鐘頻率 (主頻 )。 指令執(zhí)行速度 MIPS：百萬條指令 /秒 MIPS＝指令條數 /(執(zhí)行時間 106) 指令通常指加減運算等短指令。 核心程序法 ： 計算機結構及工作原理 整數測試程序 Dhrystone 浮點測試程序 Linpack Whetstone基準測試程序 SPEC基準測試程序 基準程序 計算機 基礎知識 178 存儲器容量：主存容量、輔存容量。存儲容量越大，存放的信息就越多，處理能力就越強。 外部設備配置是指主機所配置的外部設備的數量以及各種設備的性能指標。 另外，還要考慮計算機的可靠性、可維護性、兼容性、安全性和性能價格比等。 計算機結構及工作原理