大学计算机计算思维与信息素养第5章.pptx

;第5章 机器是如何执行程序的;第5章 机器是如何执行程序的;计算机器的基本功能;计算机器的核心;计算机器的核心;图灵及其贡献;所谓计算就是计算者(人或机器)对一条两端可无限延长的纸带上的一串0或1，执行指令一步一步地改变纸带上的0或1，经过有限步骤最后得到一个满足预先规定的符号串的变换过程。; 是关于数据、指令、程序及程序/指令自动执行的基本思想。 输入被制成一串0和1的纸带，送入机器中----数据。如00010000100011… 机器可对输入纸带执行的基本动作包括：“翻转0为1”，或 “翻转1为0”, “前移一位”, “停止”。 对基本动作的控制----指令，机器是按照指令的控制选择执行哪一个动作，指令也可以用0和1来表示：01表示“翻转0为1”(当输入为1时不变)，10表示“翻转1为0”(当输入0时不变), 11表示“前移一位”, 00表示“停止”。 输入如何变为输出的控制可以用指令编写一个程序来完成, 如: 011110110111011100… 机器能够读取程序，按程序中的指令顺序读取指令， 读一条指令执行一条指令。由此实现自动计算。;第5章 机器是如何执行程序的;1944~1945年间，冯.诺伊曼提出 “存储程序”的计算机设计思想， 并进行了实践，现代计算机普遍来 讲属于冯.诺伊曼机体系。 冯.诺伊曼机的基本思想： 运算和存储分离 存储程序：指令和数据以同等地位事先存于存储器, 可按地址寻访, 连续自动执行。 五大部件构成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备 指令和数据用二进制表示，指令由操作码和地址码组成 以运算器为中心，控制器负责解释指令，运算器负责执行指令;冯.诺依曼计算机: 思想与构成 (2)冯.诺依曼计算机的结构是怎样的? 部件有哪些? 部件的关系怎样? ;冯.诺依曼计算机: 思想与构成 (3)存储器为中心与运算器为中心相比的优点在哪里? ;第5章 机器是如何执行程序的;什么是存储器？;存储器的容量;对比宿舍楼，理解存储器的相关概念;存储器是怎样存储0和1的? 又是怎样控制存取的? ;读出过程示例：按地址读取存储单元的内容;存储矩阵的逻辑控制关系;;;存储器芯片 vs. 标准宿舍楼;一个宿舍楼不够怎么办？;多个宿舍楼拼接在一起使用;多组宿舍楼联合使用;用多个标准宿舍楼可组合出容量更大的宿舍楼 ;用多个存储器芯片可搭建容量更大的存储器 ;第5章 机器是如何执行程序的;计算机如何计算一个运算式?;机器级算法;机器指令;;;;改改机器程序，体验机器程序;第5章 机器是如何执行程序的;;;;;;不同的指令，由一组不同的电信号构成。有些电信号需要按次序完成。 最小的时间区隔单位--时钟周期。不同的时钟周期状态称为节拍。 多个节拍构成一个机器周期。一条指令占用一个或多个机器周期。 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。;计算机各部件内部的简单构成关系;第5章 机器是如何执行程序的;;;;;;;;符号化、计算化;程序是如何被执行的—思维小结;第5章 机器是如何执行程序的;;第5章 机器是如何执行程序的;基本的图灵机模型为一个七元组,如右图 几点结论: (1) 图灵机是一种思想模型，它由一个控制器(有限状态转换器)，一条可无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读写头构成。 (2) 程序是五元组<q,X,Y,R(或L或N),p>形式的指令集。其定义了机器在一个特定状态q下从方格中读入一个特定字符X时所采取的动作为在该方格中写入符号Y, 然后向右移一格R (或向左移一格L或不移动N), 同时将机器状态设为p供下一条指令使用。;