信息素养大学教程——知识篇 教学课件 作者 张基温 第1讲_计算工具及其进步1.ppt

遗憾的是，在此之后近300年间，人类在计算工具的制作上，没有很大的突破。 什么原因呢？ 技术的原因。因为要把蒸汽机或内燃机做到计算机内部那是难于想象的。 所以，计算机技术的再一次突破，等待着一种能与计算机相融洽的能源技术的出现。 3．计算机指令的结构 指令分为两部分：一部分是操作码，一部分是地址码。按照指令中地址的数量，将指令分为一地址指令、二地址指令和三地址指令。 三地址指令除了指出两个操作数的地址，还要指出将结果送回存储器的地址。由于运算器可以使用累加器来存放中间结果，所以三地址指令比较少用。对于连续的计算过程，例如，对2*3+5-8进行计算，由于中间结果可以存放到累加器中，因此每次只要取一个操作数即可，这时就可以使用一地址指令。此外转移指令（将程序转到另外一个地方执行）往往也是一地址指令。 课堂讨论 1. 按照Neumann体系，计算机是否就可以方便、高效地自动工作了？ 计算机的自我管理 计算机管理的一些问题。 人工管理非常麻烦，效率低下。 人们设计了一些用来管理计算机的程序。 这些程序称为操作系统（operating system，OS）。 操作系统的功能 （1）管理和调度计算机系统的资源： CPU 存储器内存与外存之间的调度等 输入/输出设备、网络通信设备 系统中的有关文件 系统中的其他程序 操作系统的功能 （2）为计算机上要运行的不同程序提供公共服务，以减轻程序设计的工作量 ： 程序的执行和结束 输入/输出操作 文件操作 各个运行的程序（进程）之间的联系 差错控制——检测系统中的错误 操作系统的功能 （3）提供系统与用户之间的交互界面。 计算机系统结构 课堂讨论 1. 算盘有可能实现自动计算于管理吗？ 第1讲 计算工具的进步 主讲：张基温 教授 手动计算工具 石子记事 手动计算工具 游珠算盘与算盘 手动计算工具 算筹 手动计算工具(西方) 计算尺 手动计算工具(西方) 两款手摇计算机 课题讨论 具备哪些条件才能让计算工具的工作过程脱离人，自动地工作呢？ 内动力计算工具 B.Pascal及其制造的计算机（1642） 内动力计算工具 Leibnitz及其制造的乘法器（1694） 内动力计算工具 电动机械式计算机（1930） 内动力计算工具 Zuse的继电器式计算机（1938） 内动力计算工具 第1台真空管计算机ABC（1942） 内动力计算工具 ENIAC（1946） 课堂讨论 具备内动力的机器 为什么还不能称为自动机？ 实现自动计算 提花机 实现自动计算 Jacquard提花机和穿孔卡片（1801） 实现自动计算 差分机（1822）和分析机（1834） 实现自动计算 Babbage的设计已经初步具备现代计算机的基本结构： 存储器（仓库） 运算器（作坊） 控制器（穿孔卡片及其阅读设备） 输入/输出设备（卡片穿孔设备、印刷厂） 总线（运输数据部件） 实现自动计算 H.Aiken和MarkⅠ计算机（1936） 实现自动计算 John Von Neumann和IAS电子计算机EDVAC（1952） 实现自动计算 Neumann体系主要有如下2点： （1）电子数字计算机要采用二进制，不但数据采用二进制，指令也采用二进制； （2）自动计算机要采用程序存储控制工作方式。 直到今天，商业化的计算机还基本上采用的是Neumann体系。 课堂讨论 1. 为什么自动计算机要由计算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出5大部分组成？ 2. 要使算盘能自动运算，应当如何改造？ 电子数字计算机工作原理 按照Neumann体系结构，可以自动工作的电子数字计算机应当具有： 存储器 控制器 运算器（执行加、减、乘、除等基本运算） 输入设备（键盘） 输出设备（显示器和打印机 ） 计算机存储器的特点 （1）按照地址进行存取 （2）所存储的内容“取之不尽，新来旧去” （3）分级存储 计算机的运算器和寄存器 运算器是计算机中负责对数据进行运算的部件。其核心部件是算术逻辑单元（ALU）。ALU能进行的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作。 计算机控制器的工作原理 控制器的功能 ① 定序。 ② 定时。 ③ 操作控制。 计算机控制器的工作原理 控制器的组成 计算机控制器的工作原理 控制器执行一条指令的过程： ① 取指令 ② 分析指令 ③ 发送操作控制信号。将有关操作控制信号，按照时序安排发送到相关部件，使有关部件在规定的节拍中完成规定的操作。