计算机导论复习

［什么是计算机？

7匕计算机的诞生、计算机的发展阶段

'F计算机系统的组成

。硬件系统

。软件系统

＞什么是硬件？

・硬件系统的组成（冯・诺依曼结构的计算机）

。运算器、控制器、存储器、输入设备不中

输出设备猛^

2010-9-191

冯•诺依曼结构，其主要特征是:

1)程序存储(ProgramStorage)。具体地

说，在上述计算机中，要实现机器的自动

计算，必须先根据题目的要求，编制出求

解该问题的计算程序(Computational

Program),并通过输入设■将该程序存

入计算机的存储器中，称为“程序存储”。

2)采用二进制(Binary)。计算机只能存储

并识别二进制代码表示的计算程序和数据r冒

称为“采用二进制”。

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计算机硬件基本组成

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运算器

控制器

存储器

输入设备

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计算机的基本工作原理

|＞指令：让计算机执行某种操作的命令。

，程序：完成某一任务的一组指令的集合。

•指令向计算机提供的信息：

1.执行什么操作——操作码

2.参与操作的数据——地址码

2010-9-195

二进制概念

128瓦64瓦32瓦16瓦8瓦4瓦2瓦1瓦

010

£信息复制的精确性

£运算规则简单(R(R+l)/2)

£电子线路制造计算机成为可能

2010-9-196

计算机中数是怎样表示的?

(1)按“值”表示，解决三个问题:

I数字符号的选择：引入进位计数制的概念

I小数点位置的表示：引入数的定点及浮点表示

»正负号的表示：正负符号数值化，引入机器数的概念

2010-9-197

A定点表示法：

特点：（1）通常用来表示“整数”

（2）数的表示范围有要求

若要表示非整数,需要对非整数进行处理。

A浮点表示法：在计算机中数的小数点位置是浮动的

任何一个二进制数可表示为：N=2EXS

式中：E称阶码，是一个正或负的整数

S称尾数，是一个正或负的小数

2称基数可以为隐含的，只需表示出E和S。

1514...111098...............

2nX0.1011口口1。1。|1口0口。口HI

EfESfS

Ef称为阶符，Sf称为尾符

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［真值：除符号（+或・）外已经能在计算机中表

^^的数值，称该数为计算机的真值。_

「列如：+12=+00001010-12=-0000

1010

■机器数：将真值的符号“数值化”，符号也被

数值化，已完全能在计算机中表示的数。

■常用的机器数：原码、反码、补码

-如何由真值得到能够在计算机中表示的机器薮*

（原码、反码、补码）'

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o编码：按一定规则，用若干位二进制码来表

■示一个数或字符。

。常用编码分类：

■十进制编码：8421码，余3码等

■可靠性编码：奇偶校验码

I字符编码：ASCII码，汉字编码

2010-9-1910

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补码加减运算

规则：［X+Y］补=［X］补+［Y］补

]补

[X-Y]#=[X+(-Y)

=[X]补+[-丫]补

加减法可通过补码加法实现，故计算机的

运算器中只需设置加法器，并通过移位操

作的配合，可实现乘/除法，从而简化运

算器的结构。

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逻辑运算

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在逻辑代数中，表示逻辑函数的方法有三种:

■逻辑表达式

B真值表

■卡诺图

逻辑表达式：用公式表示函数与变量关系的一种方法。

2010-9-1914

■基本逻辑电路

-或门电路、与门电路、非门电路、复合门电路（与非门、

■或非门、与或非门）、触发器是能够存储一位二进制码的

逻辑电路。逻辑符号、逻辑表达式与真值表

■电路、触发器组成的具有一定逻辑功能的部件。

常用逻辑部件：

•全加器

。译码器（重点）

0多路转换器

0寄存器

。计数器

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数据采用的单位有位、字节和字。

立(bit)是指二进制数的一个位。是计算数据的最小单位

节：8个二进制位作为一个字节,即lB=8bit

■字：是计算机内部一次基本动作可同时处理的二进

制代码。

■字长：组成一个字的二进制位数叫做该字的字长。

字节是计算机的基本存储单位

B,KB,MB,GB,TB

2010-9-1916

3中央处理器(CPU)

70U的功能:"

(1)实现数据运算：对数据进行算术运算和逻辑运算;

(2)实现取指令、分析指令及执行指令操作的控制；

(3)实现异常处理及中断处理：如电源故障、运算

溢出错误等处理，外部设备的服务请求处理。

运算器

中央处理器(CPU)Y

一控制器

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运算器的组成：

)＞算术逻辑单元ALU：由加法器、逻辑运算电路组成,

■实现算术及逻辑运算。

十a用寄存器：存放数据。

。多路选择器：可从多个输入端中选择一个作为输出。

O标志寄存器：用来寄存由运算结果所建立的标志。

运算器的基本工作原理

运算器提供了各种“数据通路”，在不同控制信号序列

的控制下，使数据从“源地址”出发，途径不同“通」

路”，到达“目标地址”，便可完成对数据的“加工3K

即实现了对数据的运算。指令流——数据流

一条指令的执行中包含了若干微操作。

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控制器：是统一指挥和控制计算机各个部分协调工作的

用心部件。

空制器的主要功能:

是实现取指令、分析指令和执行指令,并形成下一条指

令地址。为此，控制器至少由下列部件所组成：

指

r。程序计数器(PC)：存放指令地址

令

部o指令寄存器(IR)：存放从存储器取出的指令

件

L。指令译码器(ID)：实现对指令操作码的译码

。时序部件(TU)：产生一定频率的时标信号，控制一系

列微操作的执行顺序。

。操作控制部件(MOCU)：时序部件所产生的时标信

指令译码器所产生的译码信号,发出取指令弊

所需要的一系列微操作信号。下

2010-9-1919

主存储器的组成：

由存储元件组成存储单元，再由存储单元组成存储体。

存储元件：存储一位二进制信息（1或0）。

■用触发器作为存储元件（双极型和M0S型静态RAM）

■用电容器作为存储元件（M0S型动态RAM）

■用晶体管作为存储元件（管子导通为0,截止为1）

2010-9-1920

主存都是用半导体存储器组成。

占体存储器分类

墨机存储器（RAM）是内存的主要部分,是仅次于CPU

的宝贵系统资源。它是程序和数据的临时存放地和中转

站，即外设（键盘、鼠标、显示器和外存等）的信息都

要通过它与CPU交换。它的特点是其中存放的内容可随

时供CPU读写，但断电后，存放的内容就会全部丢失。

O只读存储器ROM：（ROM）是一种只能读出不能写入的

存储器，但断电后，ROM中的内容仍存在。』

2010-9-1921

辅存作用

存放当前不立即使用的数据和信息，一旦需要使用，

辅存与便于主存批量交换数据。

‘辅存分类

。磁带存储器：海量存储器

。磁盘存储器：硬盘、软盘

O光盘存储器：

存储容量：磁盘机能够存储的有用信息的总和，单位是

字节。计算公式：

C=盘面数*磁道数*扇区数（每道）*每个扇区的字节数

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王存

三级存储体系辅存

高速缓存

(Cache)

2010-9-1923

输入输出控制方式

CPU通过什么方式实现对外设的控制呢？

>程序查询方式

>中断控制方式

>直接存储器存取方式

>外部处理机方式

2010-9-19424

计算机的各个组成部分（运算器、存储器、控制器、

tI/O接口及外部设备）是通过“硬连接”（总线）和

“软连接”（指令）构成一个完整的系统的。

I指令：给计算机下达的一道命令，它提供了两类基本

信息：做什么操作，参与操作的数来自何处。

■指令系统：一台计算机的全部指令的集合，称为该

计算机的指令系统。

2010-9-1925

■寻址方式

寻址方式：指令的地址码段给出的地址不是操作数的真正

存放地址，它由指令提供的信息按一定规则形成,这一规

则称为寻址方式。

所形成的操作数的真正存放地址称为操作数的有效地址

■直接寻址，贝II：EA=d；

■立即寻址，则指令给出的形式地址d就是操作数；

■间接寻址，贝【J：EA=(d)d是操作数地址的地址；

■相对寻址，贝小EA=pc+dpc是程序计数器；占

■变址寻址，贝小EA=IX+dIX是变址寄存器

五种寻址方式，除此还有寄存器寻址等。

2010-9-1926

计算机的主要技术指标

1.机器速度

O主频：计算机中最基础的时标信号,即机器的主脉冲频率。

。每秒执行多少百万条指令MIPS

现流行CPU:IntelPentium45303.0E主频3000MHz

2.机器字长

O计算机能一次并行处理的二进制代码的位数

3.存储容量

O计算机能存储的二进制信息的总量，一般用字节数或位数表示

4.指令系统

。计算机全部指令的集合

5.机器可靠性

。用平均无故障时间(MTBF)表示

2010-9-1927

计算机系统的软件

十么是软件？

■为运行、维护、管理及应用计算机所编制的所有程序

及其文档资料的总和，称为计算机软件。

。软件：是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分。

软件：是程序，数据及其运行的相关文档的完整集合。

。程序：是按事先设计的功能和性能要求执行的指令序列。

。数据：是使程序能正常操纵信息的数据结构。3

。文档：是与程序开发，维护和使用有关的图文隼。*

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高级语言的基本结构

每种高级语言都有其自身的特点及特殊的用途，但它们的语

法成份、层次结构却是相似的。研究它们的共性，有助于更

好地学习高级语言。

高级语言的层次结构，一般由基本符号，基本元素，表

达式及语句组成。

L基本符号：包括单字符基本符号（字母、数字、特殊字符）

及多字符基本符号。（P106）

L基本元素：由基本符号组成，可分为数、逻辑值、名字、标

号及字符串等五大类。

L表达式：由基本符号和基本元素组成，可分为算术表埼肃

逻辑表达式和字符串表达式。主为卜

▲语句：由基本元素、表达式等组成，’4c

zuiu-y-iyzy5

算法与程序的关系

■求解问题的程序必须根据算法去编制,如同作战方案必

救贾彻作战策略一样。算法是编制程序的依据。

当一个算法在指明了所处理的数据及其相互之间的结构

关系之后，即可形成解决某类特定问题的可执行的程序。

程序==算法+数据结构

评价算法优劣的标准

(1)空间复杂性s(n)：按算法所编制的程序在计算机中所占用的

存储单元的总数。n是问题的规模，显然S(n)是随n的增长而增加十

(2)时间复杂性f(n)：按算法所编制的程序在计整即彳方■耗

费的时间。显然f(n)随n的增长而增加。卡

2010-9-1930

常用的算法表示方法:

）流程图法：用图形符号来表示程序处理的

步骤和方法。

流程图符号（P112）

2）算法语言：自然语言+编程语言+数学表示

方法。（伪代码，形式语言）

2010-9-1931

数据结构

■一切可输入计算机并能为计算机所处理的描述客观事物

的符号，称为数据。

■实际应用中处理的大多是非数值数据，它们的组织较为

复杂。

■关心的是按什么规则组织数据，使其占空间少，存取快,

并有利于维护（增删、修改）。

数据结构：数据元素的组织形式，它反映了数据之

间的关系与运算。但不涉及数据的具体内容。

20101932

数据结构研究的内容

1）数据的逻辑结构：指数据元素之间的逻辑关系。它只抽象

地反映数据元素集合的结构，而不管其存储方式。

数据的逻辑结构可分为：

■线性数据结构：线性表，栈，队列，串，数组和文件。

■非线性数据结构：树，图。

2）数据的物理结构（存储结构）：指数据元素在主存中存放

形式。

3）数据运算：程序中的数据运算是定义在数据的逻辑结构上

的，但运算的具体实现要在存储结构上进行。

o常用的运算有：检索、插入、删除、更新、排序等。

栈和队列

。栈和队列是各种程序设计中广泛应用的

两种数据结构。

•从逻辑结构上看，它们是一种运算受限

制的线性表，也称为限定件数据结构。

2010-9-1934

栈中元素是按“后进先出”的原则操作的。

栈的基本运算

入栈：从栈的顶部插入元素。

出栈：删除栈顶元素

置栈S为一个空栈

判别栈S是否为空栈

栈的存储结构

两种方式：X

1.顺序存储结构t

2.链式存储结构

2010-9-1935

队列是按“先进先出”的原则进行操作的。

基本运算

1.入队列

2.出队列

3.取队首元素

4.置空队列

5.判断是否为空队列

队列的存储结构

两种方式：

1.顺序存储结构

2.链式存储结构

2010-9-1936

触语言游CMobj连接运疗悔

僦

（源所C）1航程序语言掰

2010-9-1937

计算机编译源程序的过程:

①词法分析

②语法和语义分析

③中间代码生成

④代码优化

⑤目标代码生成

2010-9-1938

操作系统(P144)

什么是操作系统？

操作系统：是由程序和数据结构组成的大型系统软件，

它负责计算机的全部软硬件资源分配、调度与管理，控制各

类程序的正常执行，并为用户使用计算机提供良好的环境。

2010-9-1939

。在硬件上加载操作系统之后，就变成一台与“裸机”大相径庭的

“虚拟”计算机。其他的所有软件如编译软件、数据库系统、软件

开发工具等系统软件以及浏览器、字处理软件、办公软件等应用软

件都是以操作系统为基础，运行于“虚拟”机上的。

。该虚拟机为用户提供了两种不同级别的接口：最终用户接口和程序

员接口,使用户能方便、灵活地使用计算机。

（1）最终用户接口

命令行式用户接口，如：DOS,UNIX—shell命令

图形用户接口，如：Windows95/98,WindowsNT

UNIX-XWindows

（2）程序员接口（系统调用）

用户在程序中像调用子程序一样调用操作系统所提供的子功能。

如：DOC中的INT21H,WindowsAPI（Windows应用编程接口）。

2010-9-1940

操作系统的功能

从资源管理的角度来看，操作系统对计算机硬软件资源的

管理包括：

。处理器（CPU）管理：在多道程序运行下，使CPU为多个程序交替服

务，提高CPU的利用率。

。存储器管理：主存分配与回收：主存的保护：主存的扩充：

。设备管理：指对计算机的各类外部设备的管理，包括设备的分配与

回收，启动外设工作，进行故障处理等。

为提高设备的利用率，采用虚拟设备技术。

。文件管理：文件管理面向用户实现按名（文件名）存取；支持对文＜

件的存取、检索、插入、修改和删除；解决文件的共享、保护和保

密等问题。

2010-9-19