《冯·诺伊曼和冯·诺伊曼计算机》-公开·课件.ppt

第 3 课 冯·诺伊曼和冯·诺伊曼计算机 /1975731184/infocenter#!app=2via=QZ.HashRefreshpos=1366384958 主要内容 3.1 冯·诺伊曼计算机 3.2 冯·诺伊曼简介 3.3 其他相关先驱简介 3.1 冯·诺依曼计算机 冯·诺伊曼EDVAC方案中，提出了三个重要设计思想： 计算机由5个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备； 采用二进制形式表示计算机的指令和数据； 将程序（由一系指令组成）和数据存放在存储器中，并让称之为CPU的部件依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止——这就是“存储程序”思想。 它反映了计算的本质，即符号串的变化。 1 冯·诺依曼计算机的组织结构 基于总线的计算机系统的硬件组成 基于总线的计算机系统的硬件组成 输入/输出设备 存储器 内存与外存 中央处理器(CPU) 2 程序存储的概念 基于冯·诺伊曼计算机体系结构的程序执行 (1)机器的结构和指令。 该机器(Brooks hear给出的机器)有256个主存单元(分别用十六进制0～FF表示)、16个通用寄存器(0～F)、一个程序计数器和一个指令寄存器。 机器的指令有12条，每条指令的长度均为2个字节，指令的前4位为操作码，后12位为操作数，如表所示。 基于冯·诺伊曼计算机体系结构的程序执行 (1)机器的结构和指令。 基于冯·诺伊曼计算机体系结构的程序执行 (1)机器的结构和指令。 基于冯·诺伊曼计算机体系结构的程序执行 2)程序执行的一个例子。 下图表示的是一个在主存中即将执行的程序。该程序在内存中的起始地址为A0。 基于冯·诺伊曼计算机体系结构的程序执行 2)程序执行的一个例子。 ①从A0开始，将A0放入程序计数器中，开始运行程序。 ②提取地址为A0的指令(2个字节)，并把指令(11AA)存放至指令寄存器中，程序计数器+2。 ③执行指令11AA，通过总线，将AA地址中的值2取出来，放到1号寄存器中。 ④提取地址为A2的指令，并把指令(12AB)存放到指令寄存器中，程序计数器+2。 ⑤执行指令12AB，将AB地址中的值6取出来，存放到2号寄存器中。 基于冯·诺伊曼计算机体系结构的程序执行 2)程序执行的一个例子。 ⑥提取地址为A4的指令，并把指令(7012)存放到指令寄存器中，程序计数器+2。 ⑦执行指令7012，将1号寄存器中的数据与2号寄存器中的数据进行或运算，将结果存放到0号寄存器中。 ⑧提取地址为A6的指令，并把指令(30AC)存放到指令寄存器中，程序计数器+2。 ⑨执行指令30AC，将0号寄存器中的数据存到内存地址为AC的存储单元中。 ⑩提取地址为A8的指令，并把指令(C000)存放到指令寄存器中，程序计数器+2。 ⑾执行指令C000，停机。 3 数据存储和表示 计算机用位的形式来表示数据。 位(Binary Digit，二进制数字，缩写为bit)是存储在计算机中的最小数据单位，位表示二进制数字的0或1，8位表示1个字节(Byte)。 存储一个位需要用一个有两种状态的设备。例如，电子开关就能表示并存储位，通常用“开”(合上)状态表示“1”，用“关”(断开)表示“0”。 现代计算机使用各种各样的两态设备来存储数据。 在计算机中，数据和指令都是用二进制代码来表示的。 二进制数的每一位只能是数字0或1，它只有形式的意义，对于不同的应用，可以付与它不同的含义。 因此，可以用它来表示数值、字符、图像甚至声音，对这些数据，需要进行相应的编码。在需要呈现给用户时，再对它们进行解码。 数据存储和表示 进位制数及其相互转换 十进制数与二进制数之间的转换 八进制数与二进制数之间的转换 十六进制数与二进制数之间的转换 十进制数与二进制数之间的转换 （1）十进制数转换为二进制数 整数部分，除2取余；小数部分，乘2取整：(R)10=(Kn-1Kn-2Kn-3...K1K0)2 （2）二进制数转换为十进制数 扩展求和：(Kn-1Kn-2Kn-3...K1K0)2=Kn-1×2n-1+Kn-2×2n-2+Kn-3×2n-3+ ... +K1×21+K0×20 十进制数与二进制数之间的转换 十进制数与二进制数之间的转换 八进制数与二进制数之间的转换 (1)八进制数转换为二进制数 将每位八进制数用3位对应的二进制数表示 (2)二进制数转换为八进制数 将二进制数每3位表示成1位八进制数 十六进制数与二进制数之间的转换 (1)十六进制数转换为二进制数 将每位十六进制数用4位对应的二进制数表示 (2)二进制数转换为十六进制数 将二进制数每4位表示成1位十六进制数 原码、反码、补码及其转换 问题的提出： 数的编码表示 运算带来问题复杂性: 原码、反码、补码及其转换