14計(jì)算機(jī)的軟件課件

1.4計(jì)算機(jī)的軟件一、軟件的組成與分類 計(jì)算機(jī)軟件相對(duì)計(jì)算機(jī)硬件來(lái)說(shuō)是看不見(jiàn)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可少的無(wú)形部件。主要有兩大類：系統(tǒng)軟件：用來(lái)簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化使用方法，提高計(jì)算機(jī)的使用效率，發(fā)揮和擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能及用途。它包括以下四類：①各種服務(wù)性程序，如診斷程序、排錯(cuò)程序、練習(xí)程序等②語(yǔ)言程序，如匯編程序、編譯程序、解釋程序等③操作系統(tǒng)④數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)用軟件：用戶利用計(jì)算機(jī)來(lái)解決某些問(wèn)題而編制的程序。1.4計(jì)算機(jī)的軟件二、軟件的發(fā)展演變編程語(yǔ)言的發(fā)展手編程序：機(jī)器語(yǔ)言程序，手工編譯二進(jìn)制碼匯編程序：符號(hào)語(yǔ)言程序，匯編程序匯編高級(jí)程序：算法語(yǔ)言/高級(jí)語(yǔ)言，機(jī)器編譯程序/解釋程序系統(tǒng)軟件的發(fā)展操作系統(tǒng)軟件自動(dòng)生成系統(tǒng)分布式系統(tǒng)軟件中間件技術(shù)虛擬計(jì)算等1.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)一、多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為是一種電子設(shè)備，而是一個(gè)十分復(fù)雜的硬、軟件結(jié)合而成的整體或智能設(shè)備，是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。它通常由五個(gè)以上不同的級(jí)組成，每一級(jí)都能進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，如圖所示。1.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)二、五級(jí)計(jì)算機(jī)層次系統(tǒng)第一級(jí)是微程序設(shè)計(jì)級(jí)。這是一個(gè)實(shí)在的硬件級(jí)，它由機(jī)器硬件直接執(zhí)行微指令。如果某一個(gè)應(yīng)用程序直接用微指令來(lái)編寫(xiě)，那么可在這一級(jí)上運(yùn)行應(yīng)用程序。第二級(jí)是一般機(jī)器級(jí)，也稱為機(jī)器語(yǔ)言級(jí)，它由微程序解釋機(jī)器指令系統(tǒng)。這一級(jí)也是硬件級(jí)。第三級(jí)是操作系統(tǒng)級(jí)，它由操作系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。這些操作系統(tǒng)由機(jī)器指令和廣義指令組成，廣義指令是操作系統(tǒng)定義和解釋的軟件指令，所以這一級(jí)也稱為混合級(jí)。1.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)第四級(jí)是匯編語(yǔ)言級(jí)，它給程序人員提供一種符號(hào)形式語(yǔ)言，以減少程序編寫(xiě)的復(fù)雜性。這一級(jí)由匯編程序支持和執(zhí)行。如果應(yīng)用程序采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)時(shí)，則機(jī)器必須要有這一級(jí)的功能；如果應(yīng)用程序不采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，則這一級(jí)可以不要。第五級(jí)是高級(jí)語(yǔ)言級(jí)，它是面向用戶的，為方便用戶編寫(xiě)應(yīng)用程序而設(shè)置的。這一級(jí)由各種高級(jí)語(yǔ)言編譯程序支持和執(zhí)行。1.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)三、軟件與硬件邏輯等價(jià)性隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和軟件硬化的趨勢(shì)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件界限已經(jīng)變得模糊了任何操作可以由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)也可以有硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)（設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮各個(gè)方面的因素：價(jià)格速度可靠性存儲(chǔ)容量變更周期實(shí)體硬件機(jī)功能的擴(kuò)大固件的概念（功能上是軟件，形態(tài)上是硬件）1.6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)機(jī)器字長(zhǎng)：運(yùn)算器一次運(yùn)行二進(jìn)制位數(shù)運(yùn)算速度描述一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度的單位應(yīng)該是每秒執(zhí)行多少條指令如MIPS(MillionInstructionsPerSecond)每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令.對(duì)于帶有浮點(diǎn)運(yùn)算的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，常用每秒百萬(wàn)個(gè)浮點(diǎn)操作MFLOPS（MillionFloationg-pointOperationsPerSecond）1.6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)機(jī)器容量:計(jì)算機(jī)的容量實(shí)際上是指機(jī)器內(nèi)部主存儲(chǔ)器的容量。吞吐量:計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的吞吐量是指計(jì)算機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)能處理的信息量。也就是流入、處理和流出系統(tǒng)的信息的速率。響應(yīng)時(shí)間:響應(yīng)時(shí)間指從給定計(jì)算機(jī)輸入到出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的輸出之間的時(shí)間間隔。響應(yīng)時(shí)間取決于用戶輸入的信息、系統(tǒng)特性以及在用戶輸入信息時(shí)系統(tǒng)正在處理的其他負(fù)載。1.6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)舉例說(shuō)明在已知指令系統(tǒng)內(nèi)部各類指令的執(zhí)行時(shí)間（Ti）情況下，對(duì)機(jī)內(nèi)運(yùn)行的典型程序進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，找出各類機(jī)器指令的使用頻度（fi）。才可計(jì)算出等效的指令執(zhí)行時(shí)間（T）。顯然，其等效的運(yùn)算速度應(yīng)為：舉例說(shuō)明指令名稱參數(shù)傳送指令加、減法指令乘、除法指令邏輯運(yùn)算指令其他指令其他指令使用頻度（％）3020102020執(zhí)行時(shí)間（ns）2004002500300250舉例說(shuō)明于是這臺(tái)機(jī)器的等效運(yùn)算速度應(yīng)為：=2*106條/秒=2MIPS第一章小結(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本概念構(gòu)成：硬件和軟件層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本工作原理計(jì)算機(jī)的基本組成部分五大部件馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)特點(diǎn)存儲(chǔ)程序,自動(dòng)執(zhí)行以運(yùn)算器為中心計(jì)算機(jī)發(fā)展特點(diǎn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)指標(biāo)第一章小結(jié)本章重點(diǎn):建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整體概念了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本概念掌握馮·諾依曼計(jì)算機(jī)模型以及計(jì)算機(jī)組成理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)本章難點(diǎn):計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行時(shí)控制器如何區(qū)分指令和數(shù)據(jù)作業(yè)P15,4、6舉例說(shuō)明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心復(fù)習(xí)1、運(yùn)算基礎(chǔ)1、進(jìn)位計(jì)數(shù)制-位置計(jì)數(shù)法

式中 i ——數(shù)位。

m,n ——正整數(shù)。

R ——基數(shù)。

Ki ——第i位數(shù)碼。計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心復(fù)習(xí)1、運(yùn)算基礎(chǔ)

位置計(jì)數(shù)法(帶權(quán)記數(shù)法)的數(shù)制均有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：(1)數(shù)碼個(gè)數(shù)等于基數(shù)，最大數(shù)碼比基數(shù)小1；(2)每個(gè)數(shù)碼都要乘以基數(shù)的冪次，而該冪次是由每個(gè)數(shù)所在的位置決定的，即“位權(quán)”，簡(jiǎn)稱權(quán)；(3)低位向高位的進(jìn)位是“逢基數(shù)進(jìn)1”復(fù)習(xí)1、運(yùn)算基礎(chǔ)2、進(jìn)位計(jì)數(shù)制—幾種典型進(jìn)制

進(jìn)位計(jì)數(shù)制基數(shù)位權(quán)如：10011101B1234/1234D572Q（O）2F0AH123.45=1×102＋2×101＋3×100＋4×10-1＋5×10-2計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心復(fù)習(xí)1、運(yùn)算基礎(chǔ)3、二進(jìn)制計(jì)算機(jī)內(nèi)部,采用二進(jìn)制,因?yàn)?.容易實(shí)現(xiàn)

.算術(shù)四則運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單

.可進(jìn)行二值邏輯運(yùn)算4、各進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換舉例（1）、任意進(jìn)制數(shù)→十進(jìn)制數(shù)例：11001B=1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×100=25325.7Q=3×82＋2×81＋5×80＋7×8-1

4F5.C2H=4×162＋15×161＋5×160＋12×16-1＋2×16-2（2）、十進(jìn)制數(shù)→任意進(jìn)制數(shù)例：將十進(jìn)制數(shù)25.625轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

225余數(shù)整數(shù)

212K0=10.625×2=1.25k-1=126K1=00.25×2=0.5k-2=023K2=00.5×2=1k-3=121K3=10K4=1故25.625對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為11001.101B復(fù)習(xí)1、運(yùn)算基礎(chǔ)（3）、二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換例：1100010.1101111B=142.674Q1100010.1101111B=62.DEH142.674Q=001100010.1