冯诺依曼计算机机器级程序及其执行.ppt

机器级程序的执行过程模拟 ----程序的硬件执行过程 机器级程序的执行过程模拟 第1条指令在一个机器周期内完成。其中读取①②和执行③④分别在T0、T1和T2、T3节拍内完成。(示意) 一条指令是怎样被执行的? 一条指令的执行 一条指令的执行 第1条指令在一个机器周期内完成。其中读取①②和执行③④分别在T0、T1和T2、T3节拍内完成。(示意) 一条指令是怎样被执行的? 一段程序又是怎样被执行的? 程序中指令的逐条执行 程序中指令的逐条执行 程序中指令的逐条执行 基本目标: 理解程序及其硬件实现思维 基本思维：机器级算法与程序?机器指令与指令系统?存储器?存储程序?运算器与控制器?机器级程序的执行；算法程序化?程序指令化?指令存储化?执行信号化 本讲小结 2014 Questions Discussion? 第3讲 冯.诺依曼计算机：机器级程序及其执行 * * * * * * 有二极管的地方是与地址线的电平连接,没有二极管的地方是与低电平连接! 如果某条地址线被选中,则该地址线输出高电平,从而使与其有二极管连接的数据线上形成高电平, 反之则为低电平! 就好像左侧的与或电路一样! 有二极管的地方是与地址线的电平连接,没有二极管的地方是与低电平连接! 如果某条地址线被选中,则该地址线输出高电平,从而使与其有二极管连接的数据线上形成高电平, 反之则为低电平! 就好像左侧的与或电路一样! * * * * * */38 大学计算机-计算思维导论 李旻先 minxianli@njust.edu.cn 南京理工大学计算机科学与工程学院 第3讲 冯.诺依曼计算机：机器级程序及其执行 理解“程序和数据如何被存储、如何被执行的”，有助于构造和设计可执行的算法和程序，有助于复杂环境下程序执行机制的理解 基本目标: 理解程序及其硬件实现思维 基本思维：机器级算法与程序?机器指令与指令系统?存储器?存储程序?运算器与控制器?机器级程序的执行；算法程序化?程序指令化?指令存储化?执行信号化 内容提要 图灵机的思想与模型简介 ----图灵的贡献 ----图灵机：计算机的理论模型 ----指令、数据、程序与程序执行 冯.诺依曼计算机：机器级程序及其执行 2.2.1 图灵机的思想与模型简介 图灵及其贡献 图灵(Alan Turing, 1912~1954)，出生于英国伦敦，19 岁入剑桥皇家学院，22 岁当选为皇家学会会员。 1937 年，发表了论文《论可计算数及其在判定问题中的应用》，提出了图灵机模型，后来，冯·诺依曼根据这个模型设计出历史上第一台电子计算机。 1950 年，发表了划时代的文章：《机器能思考吗?》,成为了人工智能的开山之作。 计算机界于1966年设立了最高荣誉奖：ACM 图灵奖。 图灵是谁? 你能查阅一下哪些人获得图灵奖了吗？因为什么贡献而获奖呢？ 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。 计算 …10001110110 0110101 10001… 0110101 由“程序”控制，一步步将输入“转换”为输出 输入 输出 程序 通用机器 图灵认为什么是计算? 图灵机的思想 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。 基本的图灵机模型为一个七元组,如右图示意 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。 图灵机是什么? 图灵机模型 图灵机模型示例。 (注:圆圈内的是状态，箭线上的是X,Y,R，其含义见前页) 执行过程 功能：将一串1的后面再加一位1