计算机文化基础：第4章 cpu的信息处理.pptx

第4章 CPU的信息处理本章内容重点：CPU的工作原理、指令及指令周期的概念；CPU访问主存储器的工作原理。 要求：了解图灵机计算的原理； 掌握CPU的内部组成,及指令在CPU中执行的过程掌握CPU访问主存储器的工作原理；了解指令系统及各种类型的指令1、图灵与图灵机图灵和图灵机 就如同文学院的学生都熟悉曹雪芹和红楼梦，物理系的学生都熟悉爱因斯坦和相对论一样， 学过计算机的，不能不知晓计算机和计算机科学理论的奠基人图灵以及图灵机的基本知识和概念。 英国数学家图灵（Alan Turing）是计算机科学理论的奠基人。Alan Turing（1912.6.23-1954.6.7)1912-1954图灵的生平 图灵Alan Mathison Turing 1912年6月23日出生于英国伦敦近郊。 父亲是英国驻印度的官员。寄养在别人家中。 1926年后中学寄宿，喜欢赛跑。剑桥大学Kings College 1930年图灵进入剑桥大学King‘s College攻读数学。1934年他22岁时，完成了学位论文。 图灵机器概念的提出 1935年图灵对数理逻辑发生兴趣。1936年发表“论可计算数及其在判定问题中的应用”一文。 图灵机器就是为此提出的一个概念。论文发表后引起美国科学家的重视，应邀到美国普林斯顿大学，1938取得博士学位。破译了德军密码光荣受勋 1938年回英国剑桥大学。1939年进入英国政府的一研究机构，破译了德军密码，战后光荣受勋。 战后进入英国国家物理实验室，开始了设计和建造英国的电子计算机工程（ACE）。1951被选为英国皇家学会院士。 1954年6 月7日因吃了含氰化物的苹果，在家中死亡，享年不足42岁。死因成不解之谜。自杀或意外？2008年英国首相戈登·布朗代表政府道歉。1. 图灵机-计算机的理论模型“图灵机”不是一种具体的机器，而是一种抽象的理论模型，人们根据该模型可制造出一种结构简单但运算能力却极强的计算装置，即计算机。 图灵认为:图灵机可以用有限的、机械的步骤解决具体的计算问题，这些步骤称为“算法”。图灵机图灵机:是指一个抽象的机器。它有一条无限长的纸带，纸带分成了一个一个的小方格，每个方格有不同的颜色。有一个机器头在纸带上移来移去。机器头有一组内部状态，还有一些固定的程序。在每个时刻，机器头都要从当前纸带上读入一个方格信息，然后结合自己的内部状态查找程序表，根据程序输出信息到纸带方格上，并转换自己的内部状态，然后进行移动。 图灵机图灵机装置 一条无限长纸带TAPE 纸带被划分为一个接一个的小格子，每个格子上包含一个来自有限字母表的符号，字母表中有一个特殊的符号,表示空白。纸带上的格子从左到右依此被编号为 0,1,2,... ，纸带的可以无限伸展。 图灵机图灵机装置 一个读写头 HEAD 该读写头可以在纸带上左右移动，它能读出当前所指的格子上的符号，并能改变当前格子上的符号。 图灵机图灵机装置 一套控制程序(状态转移表TABLE) 它根据当前机器所处的状态以及当前读写头所指的格子上的符号来确定读写头下一步的动作，并改变状态寄存器的值，令机器进入一个新的状态。 图灵机图灵机装置 一个状态寄存器 它用来保存图灵机当前所处的状态。图灵机的所有可能状态的数目是有限的，并且有一个特殊的状态，称为停机状态。图灵机的工作过程 注意：指令和数据均可用二进制表示！图灵机意义 为设计计算机（硬件）指明了方向为算法和程序设计（软件）提供了理论依据 图灵机--计算机学科最重要的理论基础 。2、中央处理器（CPU）中央处理器2、中央处理器CPU中央处理器（CPU）的任务是执行“程序”CPU（Central Processing Unit ），计算机的核心微型计算机使用的CPU通常称为 MPU（Micro Processor Unit）其他部件与CPU协同工作ALU算术逻辑运算中断处理程序控制2.1 CPU的组成及程序控制原理CPU内部结构寄存器组、算术逻辑运算部件、程序控制部件、中断处理部件程序控制部件（Program Control Unit）程序控制部件：CPU的控制中心，负责解释指令，根据指令的解释去发出命令，控制计算机其他各部分的活动，并对CPU的工作进度和工作方式进行控制：CPU依据输入的指令进行工作当一条指令进入 CPU 后，程序控制部件分析解释该指令的编码内容，确定每一种指令应该完成的动作，及其连带的指令有关参数。如“加法指令”连带的2个被加数的地址指挥主存储器将数据送到CPU中来。将结果数据存入寄存器或内存中。程序控制寄存器组由多个高速寄存器组成的高速存储单元用于暂时存储运算数据或其他类型的信息整数操作数或结果浮点数操作数或结果跳转地址程序代码地址内部各种标志信息.......程序控制算术逻辑运算部件ALU算术逻辑运算部件