计算科学导论_第二章.ppt

主要内容 2.1、计算机的基本概念 2.2、计算模型与二进制 2.3、数字逻辑与集成电路 2.4、机器指令与汇编语言 2.5、算法、过程与程序 2.6、高级语言、程序设计技术与方法 2.7、系统软件与应用软件 2.8、计算机图形学、图像处理与模式识别 2.9、逻辑与人工智能 2.10、计算机组织与体系结构 2.11、并行计算机、通道与并行计算 2.12、计算机网络与通信 2.13、高性能计算 主要内容 2.1、计算机的基本概念 2.2、计算模型与二进制 2.3、数字逻辑与集成电路 2.4、机器指令与汇编语言 2.5、算法、过程与程序 2.6、高级语言、程序设计技术与方法 2.7、系统软件与应用软件 2.8、计算机图形学、图像处理与模式识别 2.9、逻辑与人工智能 2.10、计算机组织与体系结构 2.11、并行计算机、通道与并行计算 2.12、计算机网络与通信 2.13、高性能计算 2.1、计算机的基本概念 什么是计算机 计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统。 计算机能够完成的基本操作及其主要功能： 输入：接受由输入设备（如键盘、鼠标器、扫描仪等）提供的数据。 处理：对数值、逻辑、字符等各种类型的数据进行操作，按指定的方式进行转换。 输出：将处理所产生的的结果等数据送到相关输出设备。 存储：存储程序和数据。 主要内容 2.1、计算机的基本概念 2.2、计算模型与二进制 2.3、数字逻辑与集成电路 2.4、机器指令与汇编语言 2.5、算法、过程与程序 2.6、高级语言、程序设计技术与方法 2.7、系统软件与应用软件 2.8、计算机图形学、图像处理与模式识别 2.9、逻辑与人工智能 2.10、计算机组织与体系结构 2.11、并行计算机、通道与并行计算 2.12、计算机网络与通信 2.13、高性能计算 2.2、计算模型与二进制2.2.1图灵模型 2.2、计算模型与二进制2.2.1图灵模型(Con.) 2.2、计算模型与二进制2.2.2 John von Neumann模型 2.2、计算模型与二进制2.2.2 John von Neumann模型(Con.) 2.2、计算模型与二进制2.2.2 John von Neumann模型(Con.) 运算器：对二进制数进行运算的部件。它在控制器的控制下执行程序中的指令,完成各种算术运算、逻辑运算、比较运算、移位运算以及字符运算等。 运算器的组成：算术逻辑部件（ALU）完成加、减、乘、除等四则运算以及与、或、非、移位等逻辑运算；寄存器用来暂存参加运算的操作数或中间结果，常用的寄存器有累加寄存器、暂存寄存器、标志寄存器和通用寄存器等。 运算器的主要技术指标：运算速度，其单位是MIPS（百万指令/秒），通常是按照一定的频度执行各类指令的统计值。 2.2、计算模型与二进制2.2.2 John von Neumann模型(Con.) 存储器：用来存储数据和程序的部件。 存储单位：“位”（bit）、“字节”（byte）、“字”和“字长” 存储容量：存储器所包含的存储单元的总数，其单位为K （1K＝210＝1024）。 存储器的分类： 内存储器：又称为主存储器，简称为内存或主存，用来存放现行程序的指令和数据。包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）等。 外存储器：又称为辅助存储器，简称为外存或辅存，用来存放需要长期保存的信息。 2.2、计算模型与二进制2.2.2 John von Neumann模型(Con.) 控制器：是指挥计算机的各个部件按照指令的功能要求协调工作的部件。 控制器的组成： 程序计数器（PC）：用来对程序中的指令进行计数，使控制器能依次读取指令； 指令寄存器（IR）：在指令执行期间暂时保存正在执行的指令。 指令译码器（ID）：用来识别指令的功能，分析指令的操作要求。 时序控制电路：用来生成时序信号，以协调在指令执行周期内各部件的工作。 微操作控制电路：用来产生各种控制操作命令。 2.2、计算模型与二进制2.2.2 John von Neumann模型(Con.) 输入/输出设备：简称为I/O设备，是外部与计算机交换信息的渠道。 输入设备：用于输入程序、数据、操作命令、图形、图像以及声音等信息。常用的输入设备有键盘、鼠标器、扫描仪、光笔、数字化仪以及语音输入装置等。 输出设备：用于显示或打印程序、运算结果、文字、图形、图像等，也可以播放声音。常用的输出设备有显示器、打印机、XY绘图仪以及声音播放装置等。 2.2、计算模型与二进制2.2.3 二进制 数制：按进位的原则进行计数称为进位计数制，简称数制。 十进制：是使用数字1、2、… 、9、0等符号来表示数值且采用“逢十进一”的进位计数制