14計算機的軟件課件

1.4計算機的軟件一、軟件的組成與分類 計算機軟件相對計算機硬件來說是看不見，是計算機系統(tǒng)中不可少的無形部件。主要有兩大類：系統(tǒng)軟件：用來簡化程序設(shè)計，簡化使用方法，提高計算機的使用效率，發(fā)揮和擴大計算機的功能及用途。它包括以下四類：①各種服務(wù)性程序，如診斷程序、排錯程序、練習(xí)程序等②語言程序，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)庫管理系統(tǒng)應(yīng)用軟件：用戶利用計算機來解決某些問題而編制的程序。1.4計算機的軟件一、軟件的組成與分類1.4計算機的軟件二、軟件的發(fā)展演變編程語言的發(fā)展手編程序：機器語言程序，手工編譯二進制碼匯編程序：符號語言程序，匯編程序匯編高級程序：算法語言/高級語言，機器編譯程序/解釋程序系統(tǒng)軟件的發(fā)展操作系統(tǒng)軟件自動生成系統(tǒng)分布式系統(tǒng)軟件中間件技術(shù)虛擬計算等1.4計算機的軟件二、軟件的發(fā)展演變1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)一、多級計算機系統(tǒng)計算機不能簡單地認為是一種電子設(shè)備，而是一個十分復(fù)雜的硬、軟件結(jié)合而成的整體或智能設(shè)備，是一個復(fù)雜系統(tǒng)。它通常由五個以上不同的級組成，每一級都能進行程序設(shè)計，如圖所示。1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)一、多級計算機系統(tǒng)1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)二、五級計算機層次系統(tǒng)第一級是微程序設(shè)計級。這是一個實在的硬件級，它由機器硬件直接執(zhí)行微指令。如果某一個應(yīng)用程序直接用微指令來編寫，那么可在這一級上運行應(yīng)用程序。第二級是一般機器級，也稱為機器語言級，它由微程序解釋機器指令系統(tǒng)。這一級也是硬件級。第三級是操作系統(tǒng)級，它由操作系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。這些操作系統(tǒng)由機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，所以這一級也稱為混合級。1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)二、五級計算機層次系統(tǒng)1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)第四級是匯編語言級，它給程序人員提供一種符號形式語言，以減少程序編寫的復(fù)雜性。這一級由匯編程序支持和執(zhí)行。如果應(yīng)用程序采用匯編語言編寫時，則機器必須要有這一級的功能；如果應(yīng)用程序不采用匯編語言編寫，則這一級可以不要。第五級是高級語言級，它是面向用戶的，為方便用戶編寫應(yīng)用程序而設(shè)置的。這一級由各種高級語言編譯程序支持和執(zhí)行。1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)第四級是匯編語言級，它給程序人員提1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)三、軟件與硬件邏輯等價性隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和軟件硬化的趨勢，計算機系統(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實現(xiàn)也可以有硬件來實現(xiàn)（設(shè)計計算機系統(tǒng)時，應(yīng)考慮各個方面的因素：價格速度可靠性存儲容量變更周期實體硬件機功能的擴大固件的概念（功能上是軟件，形態(tài)上是硬件）1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)三、軟件與硬件邏輯等價性1.6計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標機器字長：運算器一次運行二進制位數(shù)運算速度描述一臺計算機的運算速度的單位應(yīng)該是每秒執(zhí)行多少條指令如MIPS(MillionInstructionsPerSecond)每秒執(zhí)行百萬條指令.對于帶有浮點運算的計算機系統(tǒng)，常用每秒百萬個浮點操作MFLOPS（MillionFloationg-pointOperationsPerSecond）1.6計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標機器字長：運算器一次運行二進制1.6計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標機器容量:計算機的容量實際上是指機器內(nèi)部主存儲器的容量。吞吐量:計算機系統(tǒng)的吞吐量是指計算機在單位時間內(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)時間:響應(yīng)時間指從給定計算機輸入到出現(xiàn)對應(yīng)的輸出之間的時間間隔。響應(yīng)時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系統(tǒng)正在處理的其他負載。1.6計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標機器容量:計算機的容量實際上是1.6計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標舉例說明在已知指令系統(tǒng)內(nèi)部各類指令的執(zhí)行時間（Ti）情況下，對機內(nèi)運行的典型程序進行統(tǒng)計，找出各類機器指令的使用頻度（fi）。才可計算出等效的指令執(zhí)行時間（T）。顯然，其等效的運算速度應(yīng)為：1.6計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標舉例說明舉例說明指令名稱參數(shù)傳送指令加、減法指令乘、除法指令邏輯運算指令其他指令其他指令使用頻度（％）3020102020執(zhí)行時間（ns）2004002500300250舉例說明指令名稱參數(shù)傳送指令加、減法指令乘、除法指令邏輯運算舉例說明于是這臺機器的等效運算速度應(yīng)為：=2*106條/秒=2MIPS舉例說明于是這臺機器的等效運算速度應(yīng)為：第一章小結(jié)計算機系統(tǒng)的基本概念構(gòu)成：硬件和軟件層次結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)的基本工作原理計算機的基本組成部分五大部件馮·諾依曼型計算機特點存儲程序,自動執(zhí)行以運算器為中心計算機發(fā)展特點計算機系統(tǒng)指標第一章小結(jié)計算機系統(tǒng)的基本概念第一章小結(jié)本章重點:建立計算機系統(tǒng)整體概念了解計算機系統(tǒng)基本概念掌握馮·諾依曼計算機模型以及計算機組成理解計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)本章難點:計算機自動執(zhí)行時控制器如何區(qū)分指令和數(shù)據(jù)第一章小結(jié)本章重點:作業(yè)P15,4、6舉例說明計算機系統(tǒng)運行過程作業(yè)P15,4、6計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)1、進位計數(shù)制-位置計數(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。計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)1、進位計數(shù)制-位置計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)

位置計數(shù)法(帶權(quán)記數(shù)法)的數(shù)制均有以下幾個主要特點：(1)數(shù)碼個數(shù)等于基數(shù)，最大數(shù)碼比基數(shù)小1；(2)每個數(shù)碼都要乘以基數(shù)的冪次，而該冪次是由每個數(shù)所在的位置決定的，即“位權(quán)”，簡稱權(quán)；(3)低位向高位的進位是“逢基數(shù)進1”計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)2、進位計數(shù)制—幾種典型進制

進位計數(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復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)2、進位計數(shù)制—幾種典型進制計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)3、二進制計算機內(nèi)部,采用二進制,因為:.容易實現(xiàn)

.算術(shù)四則運算規(guī)則簡單

.可進行二值邏輯運算計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)3、二進制4、各進制之間的轉(zhuǎn)換舉例（1）、任意進制數(shù)→十進制數(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）、十進制數(shù)→任意進制數(shù)例：將十進制數(shù)25.625轉(zhuǎn)換為二進制數(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對應(yīng)的二進制數(shù)為11001.101B4、各進制之間的轉(zhuǎn)換舉例復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)（3）、二進制、八進制、十六進制之間的轉(zhuǎn)換例：1100010.1101111B=142.674Q1100010.1101111B=62.DEH142.674Q=001100010.110111100B4F5.C2H=010011110101.11000010B復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)（3）、二進制、八進制、十六進制之間的轉(zhuǎn)換復(fù)習(xí)2、基本邏輯電路邏輯函數(shù)：Y=F（A，B）（一）基本邏輯門電路（高電平表示邏輯“1”，低電平表示邏輯“0”）

復(fù)習(xí)2、基本邏輯電路復(fù)習(xí)2、基本邏輯電路（二）三態(tài)門（三）OC門復(fù)習(xí)2、基本邏輯電路（二）三態(tài)門小結(jié)小結(jié)1.4計算機的軟件一、軟件的組成與分類 計算機軟件相對計算機硬件來說是看不見，是計算機系統(tǒng)中不可少的無形部件。主要有兩大類：系統(tǒng)軟件：用來簡化程序設(shè)計，簡化使用方法，提高計算機的使用效率，發(fā)揮和擴大計算機的功能及用途。它包括以下四類：①各種服務(wù)性程序，如診斷程序、排錯程序、練習(xí)程序等②語言程序，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)庫管理系統(tǒng)應(yīng)用軟件：用戶利用計算機來解決某些問題而編制的程序。1.4計算機的軟件一、軟件的組成與分類1.4計算機的軟件二、軟件的發(fā)展演變編程語言的發(fā)展手編程序：機器語言程序，手工編譯二進制碼匯編程序：符號語言程序，匯編程序匯編高級程序：算法語言/高級語言，機器編譯程序/解釋程序系統(tǒng)軟件的發(fā)展操作系統(tǒng)軟件自動生成系統(tǒng)分布式系統(tǒng)軟件中間件技術(shù)虛擬計算等1.4計算機的軟件二、軟件的發(fā)展演變1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)一、多級計算機系統(tǒng)計算機不能簡單地認為是一種電子設(shè)備，而是一個十分復(fù)雜的硬、軟件結(jié)合而成的整體或智能設(shè)備，是一個復(fù)雜系統(tǒng)。它通常由五個以上不同的級組成，每一級都能進行程序設(shè)計，如圖所示。1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)一、多級計算機系統(tǒng)1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)二、五級計算機層次系統(tǒng)第一級是微程序設(shè)計級。這是一個實在的硬件級，它由機器硬件直接執(zhí)行微指令。如果某一個應(yīng)用程序直接用微指令來編寫，那么可在這一級上運行應(yīng)用程序。第二級是一般機器級，也稱為機器語言級，它由微程序解釋機器指令系統(tǒng)。這一級也是硬件級。第三級是操作系統(tǒng)級，它由操作系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。這些操作系統(tǒng)由機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，所以這一級也稱為混合級。1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)二、五級計算機層次系統(tǒng)1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)第四級是匯編語言級，它給程序人員提供一種符號形式語言，以減少程序編寫的復(fù)雜性。這一級由匯編程序支持和執(zhí)行。如果應(yīng)用程序采用匯編語言編寫時，則機器必須要有這一級的功能；如果應(yīng)用程序不采用匯編語言編寫，則這一級可以不要。第五級是高級語言級，它是面向用戶的，為方便用戶編寫應(yīng)用程序而設(shè)置的。這一級由各種高級語言編譯程序支持和執(zhí)行。1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)第四級是匯編語言級，它給程序人員提1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)三、軟件與硬件邏輯等價性隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和軟件硬化的趨勢，計算機系統(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實現(xiàn)也可以有硬件來實現(xiàn)（設(shè)計計算機系統(tǒng)時，應(yīng)考慮各個方面的因素：價格速度可靠性存儲容量變更周期實體硬件機功能的擴大固件的概念（功能上是軟件，形態(tài)上是硬件）1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)三、軟件與硬件邏輯等價性1.6計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標機器字長：運算器一次運行二進制位數(shù)運算速度描述一臺計算機的運算速度的單位應(yīng)該是每秒執(zhí)行多少條指令如MIPS(MillionInstructionsPerSecond)每秒執(zhí)行百萬條指令.對于帶有浮點運算的計算機系統(tǒng)，常用每秒百萬個浮點操作MFLOPS（MillionFloationg-pointOperationsPerSecond）1.6計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標機器字長：運算器一次運行二進制1.6計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標機器容量:計算機的容量實際上是指機器內(nèi)部主存儲器的容量。吞吐量:計算機系統(tǒng)的吞吐量是指計算機在單位時間內(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)時間:響應(yīng)時間指從給定計算機輸入到出現(xiàn)對應(yīng)的輸出之間的時間間隔。響應(yīng)時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系統(tǒng)正在處理的其他負載。1.6計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標機器容量:計算機的容量實際上是1.6計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標舉例說明在已知指令系統(tǒng)內(nèi)部各類指令的執(zhí)行時間（Ti）情況下，對機內(nèi)運行的典型程序進行統(tǒng)計，找出各類機器指令的使用頻度（fi）。才可計算出等效的指令執(zhí)行時間（T）。顯然，其等效的運算速度應(yīng)為：1.6計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標舉例說明舉例說明指令名稱參數(shù)傳送指令加、減法指令乘、除法指令邏輯運算指令其他指令其他指令使用頻度（％）3020102020執(zhí)行時間（ns）2004002500300250舉例說明指令名稱參數(shù)傳送指令加、減法指令乘、除法指令邏輯運算舉例說明于是這臺機器的等效運算速度應(yīng)為：=2*106條/秒=2MIPS舉例說明于是這臺機器的等效運算速度應(yīng)為：第一章小結(jié)計算機系統(tǒng)的基本概念構(gòu)成：硬件和軟件層次結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)的基本工作原理計算機的基本組成部分五大部件馮·諾依曼型計算機特點存儲程序,自動執(zhí)行以運算器為中心計算機發(fā)展特點計算機系統(tǒng)指標第一章小結(jié)計算機系統(tǒng)的基本概念第一章小結(jié)本章重點:建立計算機系統(tǒng)整體概念了解計算機系統(tǒng)基本概念掌握馮·諾依曼計算機模型以及計算機組成理解計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)本章難點:計算機自動執(zhí)行時控制器如何區(qū)分指令和數(shù)據(jù)第一章小結(jié)本章重點:作業(yè)P15,4、6舉例說明計算機系統(tǒng)運行過程作業(yè)P15,4、6計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)1、進位計數(shù)制-位置計數(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。計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)1、進位計數(shù)制-位置計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)

位置計數(shù)法(帶權(quán)記數(shù)法)的數(shù)制均有以下幾個主要特點：(1)數(shù)碼個數(shù)等于基數(shù)，最大數(shù)碼比基數(shù)小1；(2)每個數(shù)碼都要乘以基數(shù)的冪次，而該冪次是由每個數(shù)所在的位置決定的，即“位權(quán)”，簡稱權(quán)；(3)低位向高位的進位是“逢基數(shù)進1”計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)2、進位計數(shù)制—幾種典型進制

進位計數(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復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)2、進位計數(shù)制—幾種典型進制計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)3、二進制計算機內(nèi)部,采用二進制,因為:.容易實現(xiàn)

.算術(shù)四則運算規(guī)則簡單

.可進行二值邏輯運算計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心復(fù)習(xí)1、運算基礎(chǔ)3、二進制4、各進制之間的轉(zhuǎn)換舉例（1）、任意進制數(shù)→十進制數(shù)例：11001B=1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×100=25325.7Q=3×82＋2×81＋5×80＋7×8-1