周1计算机系统初步.ppt

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1、,计 算 机 编 程 基 础,主讲 电子系-夏国清 任敬哲,2,自我介绍,姓 名：任敬哲办公地点：综合楼三楼电子系办公室答疑时间：星期一14:0017:00（有问题及时通过邮件、电话联系）,3,课堂制度,1带笔、带笔记本2带预习报告3总结本次课收获,4,课堂制度,4后几排不座人5不准带食物进教室6上课期间不准上厕所（课前解决）7.不要想等到最后冲刺，没有复习题课，要求把功夫下在平时，不懂就问，问的次数和平时成绩挂钩。不要心存侥幸心理。8严师出高徒,5,课程信息,课程名称：计算机编程基础课程代码：LL1008课程学时：24学 分：2课程性质：必修考试先修课程：无 同修课程：无,6,课程的性质、地

2、位和作用,计算机编程基础是电子信息工程、自动化等专业的入门基础课，是一门理论加实践的课程，主要任务和目的：熟悉计算机系统的各个组成部分，掌握计算机编程相关的基本概念和技巧，具备初步的编程思想,7,教学目的和要求,通过本课程的学习，理解计算机编程方面的基本概念、基本知识，掌握一定的计算机编程技能。将理论与实验相结合，加强基本技能的训练逻辑思维能力的培养，提高分析问题与解决问题的能力,8,课程间的关系图,入门基础课,专业基础课,自动化专业课,电路基础,计算机编程基础,电路分析,数字电路,模拟电路,C语言程序设计,计算机组成原理,数据结构与算法,信号系统,自动控制,单片机,过程控制,智能电子产品开发

3、,传感器技术与应用,9,课程间的关系图,入门基础课,专业基础课,嵌统专业课,电路基础,计算机编程基础,电路分析,数字电路,模拟电路,C语言程序设计,计算机组成原理,数据结构与算法,Linux操作系统,内核程序设计基础,嵌入式应用开发,嵌入式系统I/O接口与编程,内核驱动程序开发,嵌入式系统原理,10,课程间的关系图,入门基础课,专业基础课,嵌软专业课,电路基础,计算机编程基础,电路分析,数字电路,模拟电路,C语言程序设计,计算机组成原理,数据结构与算法,面向对象程序设计,嵌入式软件工程,嵌入式应用开发,嵌入式GUI程序设计,数据库原理与应用,嵌入式系统原理,11,课程间的关系图,入门基础课,专

4、业基础课,通信专业课,电路基础,计算机编程基础,电路分析,数字电路,模拟电路,C语言程序设计,计算机组成原理,数据结构与算法,信号系统,高频电路,数据通信与网络,通信系统原理,移动通信技术,数字信号处理,12,课程间的关系图,入门基础课,专业基础课,移动信管专业课,电路基础,计算机编程基础,电路分析,数字电路,模拟电路,C语言程序设计,计算机组成原理,数据结构与算法,移动应用程序设计,移动应用开发综合实训,Java面向对象程序设计,移动通信业务,移动通信技术,企业级Java程序设计,13,本课程内容,第1章 计算机系统初步知识1.1计算机的发展1.2计算机系统的组成及工作原理1.3数据存储和读

5、写过程,14,本课程内容,第2章 计算机软件 2.1计算机软件2.2什么是计算机程序、计算机程序设计语言、指令概念2.3指令的执行过程2.4程序的程序：翻译系统,15,本课程内容,第3章 C编程基础 3.1 C语言介绍C语言历史发展，特点3.3 C基本语法数据类型概念，常量和变量概念，运算符和表达式3.2 简单C程序基本构成简单C程序需要包括哪几部分,16,本课程内容,第4章 C程序结构4.1 C语言常用的三种程序结构4.2 逻辑运算符(用来实现上述三种结构）第5章 C数组5.1 数组的概念，定义，初始化，引用5.2 数组应用举例第6章 C函数6.1为什么用函数，概念，定义，调用声明6.2 函

6、数应用举例,17,本门课程的最终成绩为各项成绩之和。,课程考核标准,18,平时成绩考核要求,作业要求：作业在小课上交，时间一周，习题课或复习课上讲评。实验要求：遵守实验室制度，爱护实验设备，实验前必须完成实验预习报告，并在实验前检查打分。实验当堂完成，当堂打分登记。课后补交不超过7分。,19,下载课件,或,帐号和密码都是:kjdown找到“电子系”在目录“任敬哲”下载相应的课件,20,课程采用的教材、参考书,教材：C语言入门经典（第五版）,杨浩译,清华大学出版,2013.11 参考书：计算机科学基础，陆汉权 主编，电子工业出版社，2011.8计算机组成与系统结构,袁春风,清华,2010.4计算

7、机组成技术教程,李东,黄庆成,电子工业,C语言程序设计(第四版），谭浩强，清华,2010.6,21,学习网站：学习方法：课前预习，课后复习大课理论，小课实践广阅书刊，用好网络,22,教学内容,第1章 计算机系统初步1.1 计算机的发展1.2计算机系统组成及工作原理1.3数据存储和读写过程,23,教学要求,了解计算机的发展简史掌握计算机的组成，计算机运行过程掌握数据在存储器的读写原理,24,教学重点,计算机系统组成、运行过程存储器结构、数据在存储器的读写,25,算筹,珠算盘,1.1 计算机的发展,1、早期的计算工具,26,17世纪初,英国牧师奥却德（W.Oughtred）发明了圆盘型对数计算尺，

8、在工程计算领域计算尺不仅能做加减乘除、乘方、开方，甚至可以计算三角函数、指数和对数，它一直使用到袖珍计算器面世为止。,27,法国的帕斯卡（B.Pascal）发明出机械计算机。由一系列齿轮组成而用发条做为动力的装置，能够做6位加法和减法。,28,2.第一台电子数字计算机ENIAC,1946年2月世界上第一台电子数字计算机ENIAC（埃尼阿克）在美国宾夕法尼亚大学诞生,29,(1)图灵和图灵机,图灵对现代计算机的主要贡献有两个：1.建立图灵机（Turing machine）理论模型；2.提出定义机器智能的图灵测试(Turing test）。,1936年发表论文：论可计算的数及其在密码问题的应用，首

9、次提出逻辑机的通用模型。现在人们就把这个模型机称为图灵机，缩写为TM。TM由一个处理器P、一个读写头W/R和一条存储带M组成。,30,(2)冯诺依曼,提出“程序存储”和“二进制运算”的通用计算机方案。,计算机由：存储器，运算器，控制器，输入设备，输出设备五部分组成。,31,通常认为计算机时代是从第一台电子计算机开始的。计算机时代的两个主要标志：1.计算机从实验室走向社会，作为商品交付客户使用；2.计算机从单纯军事用途的计算进入公众领域的数据处理。,从第一台诞生到现在，计算机发展经历了4个阶段，习惯上成为4代。,32,3.第一代计算机,第一代计算机（19461958）的特点是：采用电子管代替机械

10、齿轮或电磁继电器作开关元件；采用二进制代替十进制，即所有指令与数据都用“1”与“0”表示，分别对应于电子器件的“接通”与“关断”。这就是机器可以理解的语言，程序可以存储，这使通用计算机成为可能。输入输出装置主要用穿孔卡，速度很慢。,33,第二代计算机（19591964）的特点是：用晶体管代替了电子管；普遍采用磁芯存储器作主存，并且采用磁盘与磁带作辅存；作为现代计算机体系结构的许多意义深远的特性相继出现，例如变址寄存器、浮点数据表示、间接寻址、中断、I/O处理机等。编程语言在发展。先是用汇编语言代替了机器语言。接着又发展了高级语言如:FORTRAN、COBOL。,4.第二代计算机,34,晶体管的

11、发明者：1948年美国贝尔电话实验室，三位物理学家巴丁（J.Bardeen）、布拉坦（W.Brattain）、肖克莱（W.Shockley）发明的。由于这项影响深远的发明，他们荣获了1956年诺贝尔物理奖。,35,5.第三代计算机,第三代计算机（19651970）的特点是：用集成电路（Integrated Circuit，IC）取代了晶体管。用半导体存储器淘汰了磁芯存储器。,普遍采用了微程序设计技术；系统软件与应用软件都有很大发展。出现了结构化、模块化程序设计方法。,36,6.第四代计算机,第四代计算机（1971至今）的特点是：用微处理器或超大规模集成电路VISI（Very Large Sca

12、le Integration）取代普通集成电路。存储容量进一步扩大；输入采用了OCR与条形码；输出采用了激光打印机；光盘的引进；新的编程语言Pascal、Ada的使用。微型计算机（microcomputer）异军突起，席卷全球，触发了计算技术由集中化向分散化转化的大变革.数据通信、计算机网络、分布式处理有了很大的发展。,37,比尔盖茨（B.Getes）微软操作系统,38,超高速超小型并行处理人工智能（第五代）虚拟化,1.1.2计算机发展趋势,39,按处理器位数：8位机、16位机、32位机、64位机；按主要元器件：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、越大规模集成电路计算机；按用途：军用计

13、算机、商用计算机、家用计算机、通用计算机、专用计算机等；按体积大小：超级计算机、大型机、小型计算机、微型机、嵌入式计算机等,1.1.3计算机分类,40,科学计算自动控制CAD（计算机铺助设计）信息处理教育卫生家用电器人工智能图像处理网络通信,1.1.4计算机应用,41,计算机(Computer)由硬件系统和软件系统组成，两者是计算机运行不可缺少而又相辅相成的重要组成部分。,1.计算机是什么,1.2 计算机系统组成、工作原理,42,1.2 计算机系统组成、工作原理,2.计算机系统组成系统：是指有若干相互作用和相互依赖的事物组合而成的具有某种特定功能的整体。整体，完成某种功能。脱离了某个部分功能就

14、无法实现。比如人体看做一个系统，却胳膊少腿了都不能称为完整。物理、自然、人工，通信系统，电力系统，机械系统，自动控制系统，政治结构，经济，生产，社会，生态，神经系统等等。,43,1.2 计算机系统组成、工作原理,44,1.2 计算机系统组成、工作原理,计算机硬件系统指构成计算机的所有实体部件的集合。计算机软件：软件是相对于硬件而言的，它是指在计算机上运行的程序及其数据和维护文档的总和。其中程序和数据是软件的主体，数据指的是程序运行过程中处理的对象和必须使用的一些参数，而文档则指的是与程序开发、维护及操作有关的一些资料（如设计报告、维护手册和使用指南等）,45,组成计算机的物理设备叫做硬件（Ha

15、rdware）能够看到的芯片、外设（打印机、显示器、键盘、鼠标）、电缆等都是计算机硬件。作用：实现计算机操作过程、输入、输出互联（物理基础）。硬件是计算机的物理体现，计算机发展史中主要依据其硬件的技术特征作为标志。,1.2.1硬件系统,46,1.2.1硬件系统,47,冯诺依曼型计算机,存储器,输出,输入,运算器,控制器,数据信号,控制信号,地址信号,1.硬件组成,48,定义了计算机的5个组成部分输入设备 Input运算器 Arithmetic Logic Unit存储器 Memory控制器 Controller输出设备 Output三个子系统处理器CPU、存储器Memory、输入/输出I/OC

16、PU=ALU+Controller,1.硬件组成,49,控制器作用实现计算机本身运行过程的自动化程序的自动执行指挥各部件协同工作取指令，分析指令，执行指令，周而复始运算器作用CPU 的一部分对信息和数据进行处理和运算的部件算术运算和逻辑运算 ALU基本操作是加核心器件是加法器,1.硬件组成,50,存储器作用存储数据和程序参与程序的运行,1.硬件组成,51,BUS（内部总线）总线就是一组导线，它是信号的公共通路。在主板范围内的总线叫做内部总线，它是CPU与存储器及输入/输出控制电路进行数据交换的通路。三大总线数据总线：接收或输出数据地址总线：向外输出地址信号 控制总线：输出控制信号或者接收来自外

17、部的控制信号,2.各部分连接,52,PC机主板（Main board）上，其逻辑结构：,3.PC机主板,53,3.PC机主板,54,3.PC机主板,55,1.2.2计算机工作原理,1.通过输入设备将任务（或解题）所需的程序和数据送入主存，形成目标程序；2.CPU控制器根据程序中指令的序列从主存中逐条取出指令，并控制实现指令功能；3.在指令功能实现过程中，由CPU运算器完成对数据的运算处理；4.运算器将运算结果送回主存；5.最后通过输出设备将程序的运行结果进行反馈(显示器)。,56,1.3数据存储,主存（内存条）,57,1.3数据存储,主存结构：按位存储，按字节寻址,58,1.3数据存储,程序和

18、数据都存放在存储器中；以二进制（0和1）的形式存放在存储器中一个0或一个1就成为1位(bit)8位看作一个存储单元,称一个字节(Byte),59,1.3数据存储,一个存储单元可存放一条指令或一个数据每个存储单元给一个二进制的编号，这个编号称为存储单元的地址。存储单元的地址是固定不变的，但存储单元的数据可以更换。后存入的信息会覆盖原来的数据。,60,1.3数据存储,操作有两种：读操作和写操作。这两种操作称为访问存储器。如何读写？,61,1.3数据存储,一般存储器每次只能对一个存储单元进行访问，对哪个单元进行访问由地址决定。要访问的地址送入地址译码器，译码器选中对应的存储单元，读操作时，将信息反映

19、到数据线上；写操作时，将数据线上信息写进存储器。读写操作由读写控制电路决定。数据线为访问存储器传送数据信息。,62,扩展1：CPU读写存储器过程,硬件组成,63,扩展1：CPU读写存储器过程,存储器结构,64,读写过程：CPU给出要操作的某存储单元地址，该地址通过地址总线AB送到存储器中的地址译码器，从256个单元中找到相应于该地址码的那个存储单元，然后再对这个单元进行读出或写入操作。,扩展1：CPU读写存储器过程,65,读操作：把06H号存储单元的内容读出到数据总线上，那么首先要求CPU的地址寄存器(AR)给出地址编码06H，通过地址总线送到存储器，存储器中地址译码器对它进行译码，找到06H

20、号单元。这时CPU再发出读操作命令，将06H号单元的内容（84H）经数据总线送到数据寄存器DR中。,写操作：要把数据寄存器(DR)中的内容26H写入到10H号存储单元中，则CPU的地址寄存器AR先给出地址10H，并通过地址总线AB送到存储器，经存储器地址译码器译码后找到10H号单元；然后把数据寄存器DR中的内容26H放到数据总线DB上；CPU发出写操作命令，数据总线上内容26H就写入到10H单元。,66,扩展2：程序存储控制,把程序和处理问题所需的数据以二进制编码的形式预先按一定顺序放到计算机的存储器中。计算机运行时，CPU依次从存储器中逐条取出指令执行。这个过程称为程序存储控制实现了计算机的自动控制。,67,计算机的发展计算机系统硬件系统和软件系统硬件组成：5大部分，三个子系统计算机运行原理数据存储和读写过程。,小 结,68,我们使用的PC机或台式电脑，体系结构与冯诺依曼计算机的五个组成部分有何对应关系？手机、平板、PAD和PC机组成有何异同？如何选购电脑？,思考题,69,1、计算机的组成，运行原理2、数据存储和读写过程3、搜索“单片机”、“ARM”、“嵌入式”概念 下周（7周）小课交作业。,作业题,70,Proteus仿真软件使用,预习内容,