计算机应用基础课程第04讲计算机系统组成New课件

2024/7/16计算机应用基础刘谦1计算机应用基础计算机应用基础第第4 4讲讲2.2.计算机系统组成和工作原理计算机系统组成和工作原理2023/8/14计算机应用基础刘谦1计算机应用基础2024/7/16计算机应用基础刘谦2 第一章第一章 计算机基础知识计算机基础知识1.4 计算机系统的组成和工作原理计算机系统的组成和工作原理要求认真识读本节3 3遍以上2023/8/14计算机应用基础刘谦2第一章计2024/7/16计算机应用基础刘谦31.4 1.4 计算机系统的组成和工作原理计算机系统的组成和工作原理教学重点：教学重点：计算机的硬件组成计算机的硬件组成教学难点：教学难点：计算机的工作原理计算机的工作原理相关概念：相关概念：硬件、软件、硬件、软件、CPUCPU、内存、内存、字节、字、地址字节、字、地址2023/8/14计算机应用基础刘谦31.4计算机系统2024/7/16计算机应用基础刘谦41.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机【vonNeumannmachine】1945年6月，美籍匈牙利科学家 冯冯诺依曼诺依曼提出了在数字计算机内部的存储器中存放程序的概念，这是所有现代电子计算机的模板，被称为“冯诺依曼结构”，按这一结构建造的电脑称为存储程序计算机（Stored Program Computer），又称为通用计算机。冯诺依曼理论的要点是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。2023/8/14计算机应用基础刘谦41.4.1计算2024/7/16计算机应用基础刘谦51.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成控制器控制器运算器运算器主主存储器存储器辅助辅助存储器存储器输输入入设设备备输输出出设设备备CPUCPU冯冯诺依曼结诺依曼结构计算机至少构计算机至少由由运算器、控运算器、控制器、存储器、制器、存储器、输入设备和输输入设备和输出设备出设备5 5部分部分组组成成图图1 1 计算机的硬件计算机的硬件系统系统2023/8/14计算机应用基础刘谦51.4.1计算2024/7/16计算机应用基础刘谦61.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成图图2 2 计算机系统的基本组成计算机系统的基本组成一个完整的一个完整的计算机系统是计算机系统是由由硬件系统硬件系统和和软件系统软件系统组成组成外外存储器存储器输入设备输入设备输出设备输出设备 计算机系统计算机系统运算器运算器控制器控制器中央处理器中央处理器内内存储器存储器外部设备外部设备主主 机机系统软件系统软件应用软件应用软件 软件软件 硬件硬件2023/8/14计算机应用基础刘谦61.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦71.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成硬件：硬件：是组成计算机的物理设备的总称，由各种是组成计算机的物理设备的总称，由各种器件和电子线路组成。是计算机进行工作的物器件和电子线路组成。是计算机进行工作的物质基础。质基础。软件：是在硬件设备上运行的各种程序以及有关是在硬件设备上运行的各种程序以及有关资料的总称。资料的总称。裸机：没有软件的计算机通常称为没有软件的计算机通常称为 裸机裸机。2023/8/14计算机应用基础刘谦71.4.1计算2024/7/16计算机应用基础刘谦81.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成v 用用二进制二进制二进制二进制形式表示数据和指令形式表示数据和指令v 程序和数据一样存放在存储器中程序和数据一样存放在存储器中v计算机系统由计算机系统由运算器运算器运算器运算器、控制器控制器控制器控制器、存储器存储器存储器存储器、输、输入设备和输出设备入设备和输出设备五大部分组成五大部分组成计算机能够完成的基本操作和主要功能：计算机能够完成的基本操作和主要功能：1 1、输入、输入 2 2、处理、处理 3 3、输出、输出 4 4、存储、存储冯冯诺依曼计算机结构诺依曼计算机结构2023/8/14计算机应用基础刘谦81.4.1计算2024/7/16计算机应用基础刘谦91.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成1.运算器 运算器又称算术逻辑单元，其功能运算器又称算术逻辑单元，其功能是执行算术运算和逻辑运算。是执行算术运算和逻辑运算。2.控制器 控制器是整个机器的控制中心控制器是整个机器的控制中心，它，它的的主要作用主要作用是使计算机能够按照人们预先确定是使计算机能够按照人们预先确定的操作步骤自动地执行程序，并控制计算机的的操作步骤自动地执行程序，并控制计算机的各部件协调一致地自动工作。各部件协调一致地自动工作。在概念上，在概念上，控制器并不容易理解！控制器并不容易理解！粗略地：粗略地：控控制器制器主要有四个组成部件：程序计数器主要有四个组成部件：程序计数器PCPC、指、指令寄存器令寄存器IRIR、指令译码器、指令译码器IDID、操作控制器、操作控制器等等。2023/8/14计算机应用基础刘谦91.4.1计算2024/7/16计算机应用基础刘谦101.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成在微型计算机系统中，通常将运算器和控制器在微型计算机系统中，通常将运算器和控制器合称为合称为CPUCPU（Central Processing UnitCentral Processing Unit）。）。计算机所发生的全部动作都受计算机所发生的全部动作都受CPUCPU的控制。的控制。控控制器是对计算机发布命令的制器是对计算机发布命令的“决策机构决策机构”，用来，用来协调和指挥整个计算机系统的操作，它本身不具协调和指挥整个计算机系统的操作，它本身不具有运算功能，而是通过读取各种指令，并对其进有运算功能，而是通过读取各种指令，并对其进行翻译、分析，而后对各部件作出相应控制。行翻译、分析，而后对各部件作出相应控制。运算器运算器运算器运算器+控制器控制器控制器控制器=CPUCPUCPUCPU2023/8/14计算机应用基础刘谦101.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦111.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成中央处理器中央处理器(CPU)(CPU)是计算机的心脏是计算机的心脏，CPUCPU品质的品质的高低直接决定了计算机系统的档次。单条指令能高低直接决定了计算机系统的档次。单条指令能够处理数据位数是够处理数据位数是CPUCPU的一个最重要的品质标志，的一个最重要的品质标志，称作字长（机器数概念）。称作字长（机器数概念）。当前主流当前主流CPUCPU的处理位数为的处理位数为6464位位的二进制数据。的二进制数据。市场市场流行流行CPUCPU是是IntelIntel和和AMDAMD公司所生产的公司所生产的CPUCPU。2023/8/14计算机应用基础刘谦111.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦121.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成201220122013 2013 主流主流CPUCPU（INTELINTEL 系列系列）酷睿酷睿（Core）2 2系列系列代表型号：代表型号：E7500E7500、E8200E8200、Q8300Q8300、QX9770QX9770等等等等酷睿酷睿I I系列系列有一代、二代和三代，二代的代表有一代、二代和三代，二代的代表型号有：型号有：I3I3 2100 2100、I5I5 2300 2300、I7I7 2600 2600 等等。等等。IntelIntel在在20122012年年4 4月推出的第三代月推出的第三代Core iCore i系列处系列处理器，代表型号有：理器，代表型号有：酷睿酷睿i5 3570Ki5 3570K、酷睿、酷睿i5 i5 35503550、酷睿、酷睿i5 3450i5 3450、酷睿酷睿i7 3770Ki7 3770K、酷睿、酷睿i7 i7 3770S3770S、酷睿酷睿i7 3820QMi7 3820QM、酷睿、酷睿i7 3920XMi7 3920XM2023/8/14计算机应用基础刘谦121.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦13酷睿酷睿I7I7系列系列 第四代第四代 代表型号代表型号酷睿酷睿i7 4770Ki7 4770K 参考价格：￥22302230北京 插槽类型：LGA 1150CPU主频：3.5GHz 最大睿频：3.9GHz 制作工艺：22纳米 二级缓存：4256KB 三级缓存：8MB核心数量：四核心 八线程热设计功耗(TDP)：84W 适用类型：台式机 倍频：39倍 外频：100MHz内存控制器：双通道DDR3 1333/1600支持最大内存：32GBCPU系列：酷睿酷睿i7 4770K i7 4770K 针脚数目：1150pin 线程数：八线程1.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成2023/8/14计算机应用基础刘谦13酷睿I7系列第2024/7/16计算机应用基础刘谦14酷睿酷睿I5I5系列系列 第四代第四代 代表型号代表型号酷睿酷睿i5 4570Ki5 4570K 参考价格：￥1140北京 插槽类型：LGA 1150LGA 1150CPU主频：3.2GHz 制作工艺：22纳米 二级缓存：256KB 三级缓存：6MB核心数量：四核心 四线程热设计功耗(TDP)：84W 适用类型：台式机 内存控制器：双通道DDR3 1333/1600支持最大内存：32GBCPU系列：酷睿i5 4570K 针脚数目：1150pin 1.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成2023/8/14计算机应用基础刘谦14酷睿I5系列第2024/7/16计算机应用基础刘谦15酷睿酷睿I3I3系列系列 第四代第四代 代表型号代表型号酷睿酷睿i3 i3 4130（盒）（盒）参考价格：￥745北京 插槽类型：LGA 1150CPU主频：3.4GHz 制作工艺：22纳米 二级缓存：256KB 三级缓存：3MB核心数量：双核心 四线程热设计功耗(TDP)：54W 适用类型：台式机 内存控制器：DDR31600/1333/1066支持最大内存：32GBCPU系列：酷睿i3 4130 针脚数目：1150pin 1.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成2023/8/14计算机应用基础刘谦15酷睿I3系列第2024/7/16计算机应用基础刘谦161.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成20142014主流主流CPUCPU（AMD AMD 系列系列）AMD FX-8320参数参数 参考价：参考价：￥969插槽类型：插槽类型：socket socket AM3+AM3+CPUCPU主频：主频：3.5GHz 3.5GHz 动态超频最高频率：动态超频最高频率：4GHz4GHz制作工艺：制作工艺：3232纳米纳米二级缓存：二级缓存：8MB 8MB 三级缓存：三级缓存：8MB8MB核心数量：八核心核心数量：八核心 核心代号：核心代号：TrinityTrinity热设计功耗热设计功耗(TDP)(TDP)：125W 125W 适用类型：台式机适用类型：台式机倍频：倍频：17.517.5倍倍 外频：外频：200MHz200MHz内存控制器：内存控制器：双通道双通道DDR3 1866DDR3 18662023/8/14计算机应用基础刘谦161.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦171.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成20142014主流主流CPUCPU（AMD AMD 系列系列）AMD A10-6800K（盒）（盒）￥920北京插槽类型：插槽类型：Socket FM2 Socket FM2 CPUCPU主频：主频：4.1GHz4.1GHz最大睿频：最大睿频：4.4GHz 4.4GHz 制作工艺：制作工艺：3232纳米纳米二级缓存：二级缓存：4MB 4MB 核心数量核心数量：四核心：四核心 四线程四线程核心代号：核心代号：PiledriverPiledriver热设计功耗热设计功耗(TDP)(TDP)：100W 100W 适用类型：台式机适用类型：台式机倍频：倍频：20.520.5倍倍 外频：外频：200MHz200MHz内存控制器：双通道内存控制器：双通道DDR3 2133DDR3 21332023/8/14计算机应用基础刘谦171.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦181.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成主流主流CPU CPU 排行榜排行榜1、Intel 酷睿i5 4570（盒）￥1280 北京2、AMD A10-6800K（盒）￥920 北京3、Intel 酷睿i3 4130（盒）￥745 北京4、Intel酷睿i74770K（盒）￥2230北京5、AMDA8-5600K（盒）6、AMDA10-5800K（盒）7、Intel奔腾G3220（盒）8、Intel奔腾G2020（盒）9、Intel酷睿i33220（盒）10、AMD速龙IIX4750K（盒）2023/8/14计算机应用基础刘谦181.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦191.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成3.3.存储器存储器 存储器是计算机用来存储信息的重要功能部件存储器是计算机用来存储信息的重要功能部件。主要功能是存放程序和数据。主要功能是存放程序和数据。从存储器中取出信息称为从存储器中取出信息称为读出读出；将信息存入存；将信息存入存储器称为储器称为写入写入。特点（要点）：从存储器读出信。特点（要点）：从存储器读出信息后，原内容保持不变；向存储器写入信息后，息后，原内容保持不变；向存储器写入信息后，则原内容被新内容所代替。则原内容被新内容所代替。通常情况下将存储器通常情况下将存储器划分为划分为主存储器（内存储主存储器（内存储器）和辅助存储器器）和辅助存储器（外存储器）两类。（外存储器）两类。2023/8/14计算机应用基础刘谦191.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦201.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成3.3.存储器存储器 主存储器主存储器(简称内存简称内存)在计算机运行时，主在计算机运行时，主存储器用来存放要执行的程序和数据。现在的主存储器用来存放要执行的程序和数据。现在的主存储器大多是由半导体构成。存储器大多是由半导体构成。辅助存储器辅助存储器(简称外存简称外存)辅助存储器用来辅助存储器用来存放暂时不用的程序和数据。常用作辅助存储器存放暂时不用的程序和数据。常用作辅助存储器的有软盘、硬盘、光盘、优盘、磁带等。它们属的有软盘、硬盘、光盘、优盘、磁带等。它们属于外部设备。于外部设备。在现代计算机系统中普遍存在另一种存储器：在现代计算机系统中普遍存在另一种存储器：高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（CacheCache）。）。可扩展可扩展.2023/8/14计算机应用基础刘谦201.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦211.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成1)只只读读存存储储器器(ROM)(ROM)：只只能能读读出出不不能能写写入入，用用于于存存放内容不变的信息。放内容不变的信息。2)随随机机存存储储器器(RAM)(RAM)：可可随随机机存存取取，用用于于存存放放现现场的程序和数据，断电后信息会立即消失。场的程序和数据，断电后信息会立即消失。内内存存存储器存储器内存内存外存外存ROMROMRAMRAM高速缓冲存储器 Cache一般随机存储器（内存条 RAM）2023/8/14计算机应用基础刘谦211.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦221.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成3.3.存储器存储器 (内存和外存的区别内存和外存的区别）内存用于内存用于存放计算机当前正待运行的程序和数存放计算机当前正待运行的程序和数据，速度较快、容量较小，可直接与中央处理器据，速度较快、容量较小，可直接与中央处理器CPUCPU交换信息。交换信息。外存用于外存用于存放暂时不用的程序和数据，速度相存放暂时不用的程序和数据，速度相对较慢，容量较大，价格较低，不能直接与中央对较慢，容量较大，价格较低，不能直接与中央处理器处理器CPUCPU交换信息，但它可以与内存交换信息。交换信息，但它可以与内存交换信息。因此，因此，外存储器中的程序和数据必须先调入内存外存储器中的程序和数据必须先调入内存方可被方可被CPUCPU访问访问。2023/8/14计算机应用基础刘谦221.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦231.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成外存储器外存储器 （硬盘）（硬盘）希捷希捷Desktop 4TB 5900转转 8GB混合硬盘混合硬盘 （ST4000DX001）参数）参数 （报价报价 14991499元元）硬盘容量：硬盘容量：4000GB 转速：转速：5900rpm适用类型：台式机适用类型：台式机 接口类型：接口类型：SATA3.0SSD缓存：缓存：8GB 缓存：缓存：64MB接口速率：接口速率：6GB/s 硬盘尺寸：硬盘尺寸：3.5英寸英寸单碟容量：单碟容量：1000GB 盘片数量：盘片数量：4片片磁头数量：磁头数量：8个个 其他特点：快速、稳定、高品质其他特点：快速、稳定、高品质2023/8/14计算机应用基础刘谦231.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦241.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成主流外存储器主流外存储器 （硬盘）（硬盘）硬盘排行硬盘排行 希捷希捷Barracuda Barracuda 1TB1TB 7200rpm 64MB 7200rpm 64MB 单碟单碟￥370 370 北京北京 2 2希捷希捷Barracuda Barracuda 2TB2TB 7200rpm 64MB SATA3 7200rpm 64MB SATA3￥520520 北京北京 3 3希捷希捷Barracuda Barracuda 3TB3TB 7200rpm 64MB SATA3 7200rpm 64MB SATA3￥710710 北京北京 4 4西部数据西部数据500GB 7200500GB 7200转转 16MB SATA3 16MB SATA3 蓝盘（蓝盘（WD5000AAKX)WD5000AAKX)5 5西部数据西部数据1TB1TB 7200rpm 64MB SATA3 7200rpm 64MB SATA3 蓝盘蓝盘￥380380 北京北京 2023/8/14计算机应用基础刘谦241.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦251.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成问题：问题：存储器的容量单位？存储器的容量单位？附：附：主存储器相关的重要概念主存储器相关的重要概念 地址地址为了便于对存储器中存放的信息进行管为了便于对存储器中存放的信息进行管理，整个内存被划分成许多存储单元，每个存储理，整个内存被划分成许多存储单元，每个存储单元都有一个编号，此编号称为地址（单元都有一个编号，此编号称为地址（AddressAddress）位位(bit)(bit)存放一位二进制数（即存放一位二进制数（即0 0或或1 1）的存）的存储单位称为位。电子计算机内部的信息表示方式储单位称为位。电子计算机内部的信息表示方式是二进制，而不是十进制、十六进制、八进制或是二进制，而不是十进制、十六进制、八进制或者其他进制。者其他进制。2023/8/14计算机应用基础刘谦251.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦261.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成 字长字长字字(Word)(Word)是可作为独立的信息单位进行处理的若是可作为独立的信息单位进行处理的若干位的组合，干位的组合，是计算机内部进行数据处理的基本单是计算机内部进行数据处理的基本单元元，通常它与计算机内部的寄存器、运算装置、数，通常它与计算机内部的寄存器、运算装置、数据总线宽度相一致。据总线宽度相一致。字所包含的二进位个数称为字字所包含的二进位个数称为字长长。字长一般是字节的整数倍。例如，通常所说的。字长一般是字节的整数倍。例如，通常所说的6464位机指的是字长为位机指的是字长为6464位的计算机处理器。位的计算机处理器。字长是计算机的一个重要的性能指标字长是计算机的一个重要的性能指标，字长越长，字长越长表示计算机一次运算的数的范围越大、精度越高，表示计算机一次运算的数的范围越大、精度越高，因此速度越快。因此速度越快。2023/8/14计算机应用基础刘谦261.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦271.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成最早的微处理器最早的微处理器(71(71年年)字长为字长为4 4位，后来陆续增位，后来陆续增长为长为8 8位、位、1616位、位、3232位及位及6464位；位；目前最大字长为目前最大字长为6464位位。字节字节(Byte)(Byte)把相邻的把相邻的8 8位二进制数称为一个字节位二进制数称为一个字节 1Byte=8bit1Byte=8bit字节的长度是固定的字节的长度是固定的，但不同的计算机的字长，但不同的计算机的字长可以是不同的。可以是不同的。8 8位微机的字长就是一个字节，而位微机的字长就是一个字节，而1616位微机的字长等于位微机的字长等于2 2字节，字节，3232位微机的字长等于位微机的字长等于4 4字节。字节。2023/8/14计算机应用基础刘谦271.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦281.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成问题：问题：存储器的容量单位？存储器的容量单位？主主存储器容量的基本单位是字节存储器容量的基本单位是字节(Byte)(Byte)。常用。常用容量的扩展单位有容量的扩展单位有KBKB、MBMB、GBGB、TBTB，它们之间的，它们之间的关系是：关系是：1KB=1KB=2 210 10 B=1024BB=1024B 1MB=1024KB1MB=1024KB1GB=1024MB1GB=1024MB1TB=1024GB1TB=1024GB字节和字节和字字(长长)的区别：的区别：英文字符用英文字符用 8 8 位二进制位二进制就可以表示，所以通常就将就可以表示，所以通常就将8 8位称为一个字节。字位称为一个字节。字长的长度是不固定的，对于不同的长的长度是不固定的，对于不同的CPUCPU、字长的长、字长的长度也不一样，度也不一样，3232位的位的CPUCPU一次就能处理一次就能处理4 4个字节。个字节。2023/8/14计算机应用基础刘谦281.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦291.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成位位/比特（比特（bitbit）：这是内存中最小的单位，二：这是内存中最小的单位，二进制数序列中的一个进制数序列中的一个0 0或一个或一个1 1就是一比比特。就是一比比特。字节（字节（B B、ByteByte）：）：是计算机中最常用、最基本是计算机中最常用、最基本的存贮单位。一个字节等于的存贮单位。一个字节等于8 8个比特，即个比特，即 1 Byte1 Byte8 bit8 bit。千字节千字节（KBKB、Kilo ByteKilo Byte）：）：1KB1KB1024 Byte1024 Byte兆字节兆字节（MBMB、Mega ByteMega Byte）：）：1MB1MB1024 KB1024 KB吉字节吉字节（GBGB、Giga ByteGiga Byte）：）：1GB1GB1024 MB1024 MB太字节太字节（TBTB、Tera byteTera byte）：）：1TB1TB1024 GB1024 GB2023/8/14计算机应用基础刘谦291.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦301.4.1 1.4.1 计算机的硬件组成计算机的硬件组成4.4.输入设备输入设备 输入设备要将程序和数据转换输入设备要将程序和数据转换为计算机能识别和接受的信息存放到内存中去。为计算机能识别和接受的信息存放到内存中去。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔、常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。数字化仪等。5.5.输出设备输出设备 输出设备是把运算器处理结果输出设备是把运算器处理结果转换成人们易于理解、阅读的形式的设备。转换成人们易于理解、阅读的形式的设备。常常用的输出设备有显示器、用的输出设备有显示器、打印机打印机、绘图仪等。、绘图仪等。磁盘及磁盘驱动器磁盘及磁盘驱动器是是计算机中的常用设备，计计算机中的常用设备，计算机既能从它上面读取数据算机既能从它上面读取数据（输入），（输入），也能把数也能把数据保存到它上面据保存到它上面（输出）。（输出）。2023/8/14计算机应用基础刘谦301.4.1计2024/7/16计算机应用基础刘谦31计算机的基本原理计算机的基本原理是存贮程序和程序控制。是存贮程序和程序控制。存贮程序是存贮程序是指预先要把指预先要把指挥计算机如何进行操指挥计算机如何进行操作的指令序列（称为作的指令序列（称为程序程序）和原始数据和原始数据通过输入通过输入设备输送设备输送到计算机内存贮器中存贮。到计算机内存贮器中存贮。程序控制是程序控制是指程序和原始数据预先存贮在存贮指程序和原始数据预先存贮在存贮器中，工作时由控制器执行这些程序器中，工作时由控制器执行这些程序(程序中的程序中的每一条每一条指令指令中明确规定了计算机从哪个地址取数，中明确规定了计算机从哪个地址取数，进行什么操作，然后送到什么地址去等步骤进行什么操作，然后送到什么地址去等步骤)，控制计算机自动连续进行运算。控制计算机自动连续进行运算。1.4.2 1.4.2 计算机的工作原理计算机的工作原理2023/8/14计算机应用基础刘谦31计算机的基本原理2024/7/16计算机应用基础刘谦321.4.2 1.4.2 计算机的工作原理计算机的工作原理计算机的基本原理计算机的基本原理是存贮程序和程序控制。是存贮程序和程序控制。这一原理最初是由美籍匈牙利数学家冯这一原理最初是由美籍匈牙利数学家冯.诺依诺依曼于曼于19451945年提出来的，故称为冯年提出来的，故称为冯.诺依曼原理。诺依曼原理。“存储程序存储程序”的设计思想是采用二进制计算、的设计思想是采用二进制计算、存储程序并在程序控制下自动执行的思想。存储程序并在程序控制下自动执行的思想。根据冯根据冯.诺依曼的设计，计算机应能自动执行诺依曼的设计，计算机应能自动执行程序，而执行程序又归结为程序，而执行程序又归结为逐条执行指令逐条执行指令。计算机的工作原理核心包含计算机的工作原理核心包含2 2部分：编写并且部分：编写并且存贮程序、自动逐条执行程序存贮程序、自动逐条执行程序(指令指令)。2023/8/14计算机应用基础刘谦321.4.2计2024/7/16计算机应用基础刘谦33程序程序基本指令基本指令基本指令基本指令步骤步骤基本动作基本动作基本动作计算机计算机（存储存储和执和执行程序）行程序）工工作作项项目目基本动作图图3 3 存贮程序和程序控制存贮程序和程序控制示意图示意图1.4.2 1.4.2 计算机的工作原理计算机的工作原理2023/8/14计算机应用基础刘谦33程序基本指令2024/7/16计算机应用基础刘谦34程序是如何控制计算机自动执行的？程序是如何控制计算机自动执行的？（1 1）取出基本指令）取出基本指令 根据程序计数器中的地址，根据程序计数器中的地址，从从内存储器内存储器中取出指令，并送到中取出指令，并送到CPUCPU内部的内部的指指令寄存器令寄存器中。中。（2 2）分析指令）分析指令 或称指令译码。或称指令译码。把保存在指令把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器，译出该指令寄存器中的指令送到指令译码器，译出该指令对应的微操作信号，控制各个部件的操作。对应的微操作信号，控制各个部件的操作。（3 3）取操作数）取操作数 如果需要，如果需要，发出取数据命令，发出取数据命令，到存储器取出所需的操作数。到存储器取出所需的操作数。1.4.2 1.4.2 计算机的工作原理计算机的工作原理2023/8/14计算机应用基础刘谦34程序是如何控制计2024/7/16计算机应用基础刘谦35（4 4）执行指令）执行指令 由操作控制线路发出完成该操由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信号，执行该指令所要作所需要的一系列控制信号，执行该指令所要求的操作。求的操作。（5 5）保存结果：）保存结果：如果需要如果需要保存计算结果，则把保存计算结果，则把结果保存到指定的存储器单元中。结果保存到指定的存储器单元中。（6 6）取下一条指令）取下一条指令 一条指令执行完成后，一条指令执行完成后，将将下一条要执行的指令地址送入程序计数器下一条要执行的指令地址送入程序计数器。这有两种情况，若按指令的顺序执行，则将程序计数这有两种情况，若按指令的顺序执行，则将程序计数器加器加1 1；若发生转移，则将转移地址码送入程序计数器。；若发生转移，则将转移地址码送入程序计数器。1.4.2 1.4.2 计算机的工作原理计算机的工作原理2023/8/14计算机应用基础刘谦35（4）执行指令2024/7/16计算机应用基础刘谦36计算机的工作原理：计算机的工作原理：根据任务和目标，根据任务和目标，事先编写好相应的程序（程序是指令的集合）。事先编写好相应的程序（程序是指令的集合）。程序和数据一样都被存贮到存贮器中，计算机在程序和数据一样都被存贮到存贮器中，计算机在运行时，运行时，先从内存中取出第一条指令，通过控制先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码，按指令的要求，从存贮器中取出数据器的译码，按指令的要求，从存贮器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等加工进行指定的运算和逻辑操作等加工(，然后再按，然后再按地址把结果送到内存中去地址把结果送到内存中去)。接下来，再取出第接下来，再取出第二条指令，二条指令，依此进行下去，直至遇到停止，依此进行下去，直至遇到停止指令。从而指令。从而在控制器的指挥下完成程序中所规定在控制器的指挥下完成程序中所规定操作。操作。1.4.2 1.4.2 计算机的工作原理计算机的工作原理2023/8/14计算机应用基础刘谦36计算机的工作原理2024/7/16计算机应用基础刘谦37补充补充1 1：指令指令能够被计算机识别并执行的命令称为指令，指令规定了计算机能完成的某一种操作。指令由二进制代码组成，可像数据一样存放在计算机的存储器中。一条指令一般包含操作码和操作数两部分。操作码指明该指令要完成的操作，例如，加法、减法、乘法、除法、取数、存数等。操作数表示操作对象的内容或所在的存储单元地址。操作数的个数可以是1个、多个或0个（例如停机指令不需要操作数的信息）。本补充知识不作要求本补充知识不作要求,有兴趣的学生可自己阅读有兴趣的学生可自己阅读1.4.2 1.4.2 计算机的工作原理计算机的工作原理2023/8/14计算机应用基础刘谦37补充1：指令本补2024/7/16计算机应用基础刘谦381.4.2 1.4.2 计算机的工作原理计算机的工作原理补充补充2 2 程序程序程序(program)是为实现特定目标或解决特定问题而用计算机语言编写的指令序列的集合。程序(program)是指示计算机按解决问题的步骤。程序是完成某一特定任务的指令序列。当我们要计算机完成某项工作时，就要先把题目的解题方法分成若干步骤，每一步骤都能用计算机的基本操作指令完成，这些基本操作指令按一定的顺序排列起来就组成了程序。请花点时间理解下例请花点时间理解下例在此作补充知识，后面将再用到！在此作补充知识，后面将再用到！2023/8/14计算机应用基础刘谦381.4.2计计算机应用基础刘谦i=1;sum=0;while(i 101)sum=sum+i;i=i+1;print sum;sumi123364105思路？思路？+2=3+3=6+4=10+100=5050程序程序i =1;sum=sum+i;指令指令重复重复100次次数据数据问题问题：计算计算 1+2+100 的的和和顺序执行顺序执行打印结果打印结果0+1=10139类似打算盘！类似打算盘！1.4.2 1.4.2 计算机的工作原理计算机的工作原理2024/7/16计算机应用基础刘谦sumi123364105思路？+计算机应用基础刘谦40sum=sum+i程序存储程序存储isum数据存储数据存储控制器控制器分析指令取指令取指令从从sum中取出中取出加数加数从从i中取出中取出被加数被加数加数与被加数求和加数与被加数求和结果送回结果送回sum运算器运算器执行指令执行指令通知计算通知计算通知取数通知取数取数通知送回通知送回计算计算2024/7/161.4.2 1.4.2 计算机的工作原理计算机的工作原理计算机应用基础刘谦40sum=sum+i程序存储is