1、1本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容： 1.1 計算機的基本概念計算機的基本概念 1.2 計算機計算機系統(tǒng)硬、軟件組成系統(tǒng)硬、軟件組成 1.3 層次結(jié)構(gòu)模型層次結(jié)構(gòu)模型 1.4 計算機的工作過程計算機的工作過程 1.5 計算機的性能指標計算機的性能指標 第第 1 章章 緒論緒論 21.1 計算機的基本概念計算機的基本概念 用二進制代碼表示程序和數(shù)據(jù)；用二進制代碼表示程序和數(shù)據(jù)； 計算機采用存儲程序的工作方式；計算機采用存儲程序的工作方式； 計算機硬件由存儲器、運算器、控制計算機硬件由存儲器、運算器、控制 器、輸入設備和輸出設備組成。器、輸入設備和輸出設備組成。馮馮 諾依曼思想：諾依曼思想：31.1.1

2、 存儲程序工作方式存儲程序工作方式1. 事先編制程序事先編制程序其主要含義有三點：其主要含義有三點： 指令：指令：計算機硬件一步執(zhí)行的操作命令，計算機硬件一步執(zhí)行的操作命令，如加法指令。如加法指令。 計算機最終執(zhí)行的程序：計算機最終執(zhí)行的程序：指令序列。指令序列。 事先編好的求解問題的程序最終變成：事先編好的求解問題的程序最終變成： 指令序列和需處理的數(shù)據(jù)指令序列和需處理的數(shù)據(jù)。42. 事先存儲程序事先存儲程序3. 自動、連續(xù)地執(zhí)行程序自動、連續(xù)地執(zhí)行程序?qū)⒕幒玫某绦蜃兂勺罱K可執(zhí)行的程序即將編好的程序變成最終可執(zhí)行的程序即二進制指令代碼序列存放在存儲器中。二進制指令代碼序列存放在存儲器中。在程

3、序已存放在存儲器后，計算機就可在程序已存放在存儲器后，計算機就可以運行該程序，即按一定的順序通常是以運行該程序，即按一定的順序通常是指令存放的順序，從存儲器中逐條取出指令存放的順序，從存儲器中逐條取出指令，按指令的要求執(zhí)行操作，直到該指令，按指令的要求執(zhí)行操作，直到該程序執(zhí)行結(jié)束。程序執(zhí)行結(jié)束。51.1.2 信息的數(shù)字化表示信息的數(shù)字化表示 1. 在計算機中用數(shù)字代碼表示各種信息在計算機中用數(shù)字代碼表示各種信息 二進制代碼二進制代碼例例1 用數(shù)字代碼表示數(shù)據(jù)用數(shù)字代碼表示數(shù)據(jù) 5 - 5 表示為表示為 0 101 表示為表示為 1 101 6例例2 用數(shù)字代碼表示字符用數(shù)字代碼表示字符 A B

4、 表示為表示為 1000001 表示為表示為 1000010 例例3 用數(shù)字代碼表示命令、狀態(tài)用數(shù)字代碼表示命令、狀態(tài) 啟動啟動 停止停止 正在工作正在工作 工作結(jié)束工作結(jié)束 表示為表示為 00 表示為表示為 01 表示為表示為 10 表示為表示為 11 7 2. 在物理機制上用在物理機制上用數(shù)字信號數(shù)字信號表示數(shù)字代碼表示數(shù)字代碼 數(shù)字型電信號數(shù)字型電信號例例1 用電平信號表示數(shù)字代碼用電平信號表示數(shù)字代碼 高電平高電平 1 低電平低電平 高電平高電平 0 1 例例2 用脈沖信號表示數(shù)字代碼用脈沖信號表示數(shù)字代碼 有脈沖有脈沖無脈沖無脈沖 有脈沖有脈沖101實現(xiàn)并行實現(xiàn)并行操作操作實現(xiàn)串行實

5、現(xiàn)串行操作操作81.2 計算機系統(tǒng)的硬、軟件組成計算機系統(tǒng)的硬、軟件組成1.2.1 計算機硬件系統(tǒng)計算機硬件系統(tǒng)CPUCPUM MI/OI/O設備設備I/OI/O設備設備系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線單總線計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單總線計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)I/OI/O接口接口I/OI/O接口接口91. CPU 功能：功能：負責讀取與執(zhí)行指令，即執(zhí)行程序。負責讀取與執(zhí)行指令，即執(zhí)行程序。 基本組成：基本組成：寄存器、寄存器、ALU、控制器及連接、控制器及連接1）寄存器）寄存器用于存放控制信息，如用于存放控制信息，如PC、IR、PSW用于存放數(shù)據(jù)信息，如通用寄存器、暫用于存放數(shù)據(jù)信息，如通用寄存器、暫存器存器10

6、2）算術(shù)邏輯部件）算術(shù)邏輯部件ALU：按指令的要求對有按指令的要求對有關數(shù)據(jù)進行指定的算術(shù)或邏輯運算。關數(shù)據(jù)進行指定的算術(shù)或邏輯運算。3）控制器）控制器：主要根據(jù)指令信息產(chǎn)生控制信號主要根據(jù)指令信息產(chǎn)生控制信號(微微命令命令)序列，序列， 控制全機操作。控制全機操作。微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器指令信息指令信息時序信號時序信號微命令序列微命令序列狀態(tài)信息狀態(tài)信息11微命令產(chǎn)生方式（指令執(zhí)行控制方式）：微命令產(chǎn)生方式（指令執(zhí)行控制方式）：組合邏輯控制方式：組合邏輯控制方式：微程序控制方式：微程序控制方式：由組合邏輯電由組合邏輯電 路路產(chǎn)生微命令產(chǎn)生微命令由微指令產(chǎn)生微命令由微指令產(chǎn)生微命令2. 主存

7、儲器主存儲器 1）功能）功能: 存放需執(zhí)行的程序及需要處理的存放需執(zhí)行的程序及需要處理的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)，CPU能直接讀出或?qū)懭?。能直接讀出或?qū)懭搿?2）邏輯組成：）邏輯組成：由連續(xù)的單元組成。通常由連續(xù)的單元組成。通常每個單元存放每個單元存放8位二進制數(shù)即一個字節(jié)。每個單位二進制數(shù)即一個字節(jié)。每個單元有一個惟一的地址。元有一個惟一的地址。12 00000H 00001H 00002H 00003H FFFFEH FFFFFH主存邏輯組成示意圖主存邏輯組成示意圖地址地址7 0 主存儲器主存儲器： 指令1 指令2 指令2 指令3 操作數(shù) 指令序列按執(zhí)行順序存放在指令序列按執(zhí)行順序存放在連續(xù)的單元中。由

8、連續(xù)的單元中。由CPU中的中的PC提供指令地址，尋找對應提供指令地址，尋找對應主存單元讀取指令到主存單元讀取指令到CPU執(zhí)執(zhí)行。行。 指令需要處理的操作數(shù)也指令需要處理的操作數(shù)也可存放在主存單元中。由指可存放在主存單元中。由指令提供地址尋找對應單元讀令提供地址尋找對應單元讀取操作數(shù)。取操作數(shù)。主存的一個重要特點：主存的一個重要特點：能按地址存放或讀能按地址存放或讀取單元內(nèi)容，即允許取單元內(nèi)容，即允許CPU直接編址訪問。直接編址訪問。13 3. 輸入輸入/輸出（輸出（I/O）設備）設備功能：功能：轉(zhuǎn)換信息轉(zhuǎn)換信息。 輸入：輸入：原始信息原始信息 二進制代碼，送入主機。二進制代碼，送入主機。輸出：

9、輸出：處理結(jié)果處理結(jié)果 人所能接受的形式并輸出。人所能接受的形式并輸出。 例如：輸入設備鍵盤，輸出設備顯示器。例如：輸入設備鍵盤，輸出設備顯示器。 4. 總線總線 功能：功能：一組能為多個部件分時共享的信息傳送線一組能為多個部件分時共享的信息傳送線路。路。14CPUCPUM MI/OI/O設備設備I/OI/O設備設備系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線用一組系統(tǒng)總線連接用一組系統(tǒng)總線連接CPUCPU、主存、多個輸入、主存、多個輸入/ /輸出輸出設備，它們通過總線傳送信息。設備，它們通過總線傳送信息。 地址總線地址總線 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 控制總線控制總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線例如：例如：CPU從主存單元讀取操作數(shù)如

10、何通過總線實現(xiàn)從主存單元讀取操作數(shù)如何通過總線實現(xiàn)I/OI/O接口接口I/OI/O接口接口15 5. I/O接口接口:系統(tǒng)總線與系統(tǒng)總線與I/O設備之間的轉(zhuǎn)換邏輯部件設備之間的轉(zhuǎn)換邏輯部件 基本功能：基本功能：實現(xiàn)實現(xiàn)CPU與與I/O設備之間控制信息、設備之間控制信息、數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息的轉(zhuǎn)換和傳送；還可實現(xiàn)主存與數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息的轉(zhuǎn)換和傳送；還可實現(xiàn)主存與I/O設備之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳送。設備之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳送。 計算機硬件系統(tǒng)由三大子系統(tǒng)：計算機硬件系統(tǒng)由三大子系統(tǒng)：CPU、存儲、存儲系統(tǒng)、輸入系統(tǒng)、輸入/輸出系統(tǒng)及連接它們的總線構(gòu)成。輸出系統(tǒng)及連接它們的總線構(gòu)成。CPUCPUM MI/OI/O

11、設備設備I/OI/O設備設備系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線I/OI/O接口接口I/OI/O接口接口主機主機輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)161.2.2 計算機軟件系統(tǒng)計算機軟件系統(tǒng)按軟件配置與功能分為按軟件配置與功能分為系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應用軟件應用軟件1、系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)軟件1）操作系統(tǒng)）操作系統(tǒng)功能：功能：管理和控制計算機系統(tǒng)硬、軟件資源及運行的管理和控制計算機系統(tǒng)硬、軟件資源及運行的程序，合理地組織計算機的工作流程，為用戶提供軟程序，合理地組織計算機的工作流程，為用戶提供軟件的開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境。件的開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境。命令行用戶接口（如命令行用戶接口（如DOS）和圖）和圖形用戶接口（如形用戶接口（如Wi

12、ndows X）系統(tǒng)功能調(diào)用（如系統(tǒng)功能調(diào)用（如DOS的的INT 21H，Windows API）提供的用戶界面提供的用戶界面17 機器語言：機器語言：計算機硬件能直接識別的語言，由二進計算機硬件能直接識別的語言，由二進制代碼表示的指令組成，它是面向特定機器結(jié)構(gòu)的內(nèi)制代碼表示的指令組成，它是面向特定機器結(jié)構(gòu)的內(nèi)部語言。相應的指令稱為機器指令。部語言。相應的指令稱為機器指令。 匯編語言：匯編語言：用符號表示的與機器指令對應的程序設用符號表示的與機器指令對應的程序設計語言。它是面向特定機器結(jié)構(gòu)的程序設計語言，不計語言。它是面向特定機器結(jié)構(gòu)的程序設計語言，不能通用。如能通用。如80X86匯編語言、匯

13、編語言、8051匯編語言。匯編語言。2）編譯程序與解釋程序）編譯程序與解釋程序 指令與指令系統(tǒng)：指令與指令系統(tǒng)：一條指令規(guī)定了一種基本操作一條指令規(guī)定了一種基本操作（如傳送、加、減），并提供操作數(shù)地址或操作數(shù)，（如傳送、加、減），并提供操作數(shù)地址或操作數(shù)，這些信息用二進制代碼表示。指令系統(tǒng)是指一臺計算這些信息用二進制代碼表示。指令系統(tǒng)是指一臺計算機所有指令的集合。機所有指令的集合。18 源程序：源程序：用某種高級語言或匯編語言編寫的程序，它用某種高級語言或匯編語言編寫的程序，它們由相應語言的語句組成。源程序必須通過這種語言的語們由相應語言的語句組成。源程序必須通過這種語言的語言處理程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換

14、為機器語言程序（即二進制指令代碼言處理程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為機器語言程序（即二進制指令代碼序列），才能在計算機上執(zhí)行。序列），才能在計算機上執(zhí)行。2）編譯程序與解釋程序）編譯程序與解釋程序 高級程序設計語言：高級程序設計語言：是面向用戶，與特定機器屬是面向用戶，與特定機器屬性相分離的通用語言。每種語言都有自己的語法規(guī)定性相分離的通用語言。每種語言都有自己的語法規(guī)定與格式，也有適用范圍。如與格式，也有適用范圍。如C、PASCAL、C+。19 編譯方式：編譯方式：將源程序輸入計算機后，啟動并執(zhí)行這將源程序輸入計算機后，啟動并執(zhí)行這種語言的編譯程序（編譯器），將源程序全部翻譯成機種語言的編譯程序（編譯器），

15、將源程序全部翻譯成機器語言程序（目標程序）后，才由硬件執(zhí)行。例如：器語言程序（目標程序）后，才由硬件執(zhí)行。例如：C語言編譯程序、匯編器。語言編譯程序、匯編器。 語言處理方式有兩種類型：解釋與編譯語言處理方式有兩種類型：解釋與編譯 解釋方式：解釋方式：邊解釋邊執(zhí)行。將源程序輸入計算機后邊解釋邊執(zhí)行。將源程序輸入計算機后，啟動并執(zhí)行這種語言的解釋程序（解釋器），由它逐，啟動并執(zhí)行這種語言的解釋程序（解釋器），由它逐句分析源程序，并翻譯成與該語句等價的機器指令序列句分析源程序，并翻譯成與該語句等價的機器指令序列由硬件執(zhí)行，直到整個源程序的語句被解釋執(zhí)行完畢。由硬件執(zhí)行，直到整個源程序的語句被解釋執(zhí)行

16、完畢。如，如，BASIC解釋程序。解釋程序。203）各種軟件平臺）各種軟件平臺 將開發(fā)及運行過程中所需的各種軟件集成為一個將開發(fā)及運行過程中所需的各種軟件集成為一個綜合的軟件系統(tǒng)，稱為軟件平臺。綜合的軟件系統(tǒng)，稱為軟件平臺。如：以某種高級語如：以某種高級語言編譯系統(tǒng)為核心的開發(fā)平臺。言編譯系統(tǒng)為核心的開發(fā)平臺。、應用軟件：、應用軟件：解決某一應用領域問題的軟解決某一應用領域問題的軟件，如科學計算軟件、財會軟件等。件，如科學計算軟件、財會軟件等。 總之，系統(tǒng)軟件是負責系統(tǒng)調(diào)度管理，提總之，系統(tǒng)軟件是負責系統(tǒng)調(diào)度管理，提供開發(fā)和運行環(huán)境，為用戶提供各種服務的一供開發(fā)和運行環(huán)境，為用戶提供各種服務的

17、一類軟件。類軟件。211.3 層次結(jié)構(gòu)模型層次結(jié)構(gòu)模型1.3.1 從計算機系統(tǒng)組成角度劃分層次結(jié)構(gòu)從計算機系統(tǒng)組成角度劃分層次結(jié)構(gòu) 計算機系統(tǒng)以硬件為基礎，通過配置軟件擴計算機系統(tǒng)以硬件為基礎，通過配置軟件擴充功能，形成一個相當復雜的系統(tǒng)。通常采用充功能，形成一個相當復雜的系統(tǒng)。通常采用層次結(jié)構(gòu)的觀點去分析、設計和構(gòu)建它。本節(jié)層次結(jié)構(gòu)的觀點去分析、設計和構(gòu)建它。本節(jié)將列舉兩種典型的層次結(jié)果模型。將列舉兩種典型的層次結(jié)果模型。 下面的圖給出了構(gòu)成計算機系統(tǒng)的硬件層和下面的圖給出了構(gòu)成計算機系統(tǒng)的硬件層和多個軟件層，以及它們之間的關系。每層都在多個軟件層，以及它們之間的關系。每層都在下一層的基礎上

18、增加功能。下一層的基礎上增加功能。22 右圖是從計算機系統(tǒng)組右圖是從計算機系統(tǒng)組成角度劃分的一種層次結(jié)成角度劃分的一種層次結(jié)構(gòu)模型。構(gòu)模型。面向問題語言層面向問題語言層第第5層層翻譯翻譯(編譯器編譯器)匯編語言層匯編語言層第第4層層翻譯翻譯(匯編器匯編器)操作系統(tǒng)層操作系統(tǒng)層第第3層層部分解釋部分解釋(操作系統(tǒng)操作系統(tǒng))指令系統(tǒng)層指令系統(tǒng)層第第2層層直接執(zhí)行直接執(zhí)行/解釋解釋(微程序微程序)微體系結(jié)構(gòu)層微體系結(jié)構(gòu)層第第1層層1、微體系結(jié)構(gòu)層、微體系結(jié)構(gòu)層 微體系結(jié)構(gòu)層是硬微體系結(jié)構(gòu)層是硬件層次，它主要是從件層次，它主要是從寄存器級觀察寄存器級觀察CPU的的結(jié)構(gòu)，分析結(jié)構(gòu)，分析CPU分步分步執(zhí)行

19、指令的詳細過程執(zhí)行指令的詳細過程。 微體系結(jié)構(gòu)層可看微體系結(jié)構(gòu)層可看作是第作是第2層指令系統(tǒng)層層指令系統(tǒng)層指令的解釋器。指令的解釋器。23從計算機系統(tǒng)組成角度劃分的從計算機系統(tǒng)組成角度劃分的一種層次結(jié)構(gòu)模型一種層次結(jié)構(gòu)模型面向問題語言層面向問題語言層第第5層層翻譯翻譯(編譯器編譯器)匯編語言層匯編語言層第第4層層翻譯翻譯(匯編器匯編器)操作系統(tǒng)層操作系統(tǒng)層第第3層層部分解釋部分解釋(操作系統(tǒng)操作系統(tǒng))指令系統(tǒng)層指令系統(tǒng)層第第2層層直接執(zhí)行直接執(zhí)行/解釋解釋(微程序微程序)微體系結(jié)構(gòu)層微體系結(jié)構(gòu)層第第1層層2、指令系統(tǒng)層、指令系統(tǒng)層 指令系統(tǒng)層及上層指令系統(tǒng)層及上層都是抽象層次。指令都是抽象層次

20、。指令系統(tǒng)層定義了硬件與系統(tǒng)層定義了硬件與編譯器的接口。編譯器的接口。 一方面，指令系統(tǒng)一方面，指令系統(tǒng)規(guī)定了由硬件實現(xiàn)的規(guī)定了由硬件實現(xiàn)的各種指令功能；另一各種指令功能；另一方面，各種源程序必方面，各種源程序必須通過編譯器或解釋須通過編譯器或解釋器轉(zhuǎn)換為硬件能識別器轉(zhuǎn)換為硬件能識別與執(zhí)行的指令序列。與執(zhí)行的指令序列。24從計算機系統(tǒng)組成角度劃分的從計算機系統(tǒng)組成角度劃分的一種層次結(jié)構(gòu)模型一種層次結(jié)構(gòu)模型面向問題語言層面向問題語言層第第5層層翻譯翻譯(編譯器編譯器)匯編語言層匯編語言層第第4層層翻譯翻譯(匯編器匯編器)操作系統(tǒng)層操作系統(tǒng)層第第3層層部分解釋部分解釋(操作系統(tǒng)操作系統(tǒng))指令系統(tǒng)層

21、指令系統(tǒng)層第第2層層直接執(zhí)行直接執(zhí)行/解釋解釋(微程序微程序)微體系結(jié)構(gòu)層微體系結(jié)構(gòu)層第第1層層3、操作系統(tǒng)層、操作系統(tǒng)層 從系統(tǒng)程序員的觀點從系統(tǒng)程序員的觀點來看，操作系統(tǒng)層指令來看，操作系統(tǒng)層指令集包括指令系統(tǒng)層的指集包括指令系統(tǒng)層的指令和新增的指令。令和新增的指令。 這些新指令稱為系統(tǒng)這些新指令稱為系統(tǒng)調(diào)用。它們由操作系統(tǒng)調(diào)用。它們由操作系統(tǒng)解釋，該層的其余指令解釋，該層的其余指令(即與第即與第2層指令相同的層指令相同的指令指令)由微體系結(jié)構(gòu)層執(zhí)由微體系結(jié)構(gòu)層執(zhí)行。行。25從計算機系統(tǒng)組成角度劃分的從計算機系統(tǒng)組成角度劃分的一種層次結(jié)構(gòu)模型一種層次結(jié)構(gòu)模型面向問題語言層面向問題語言層第第

22、5層層翻譯翻譯(編譯器編譯器)匯編語言層匯編語言層第第4層層翻譯翻譯(匯編器匯編器)操作系統(tǒng)層操作系統(tǒng)層第第3層層部分解釋部分解釋(操作系統(tǒng)操作系統(tǒng))指令系統(tǒng)層指令系統(tǒng)層第第2層層直接執(zhí)行直接執(zhí)行/解釋解釋(微程序微程序)微體系結(jié)構(gòu)層微體系結(jié)構(gòu)層第第1層層4、匯編語言層、匯編語言層 匯編語言層及上層是匯編語言層及上層是提供給解決應用問題的提供給解決應用問題的程序員使用的。程序員使用的。 匯編語言程序通過匯匯編語言程序通過匯編器翻譯成機器語言程編器翻譯成機器語言程序，再由微體系結(jié)構(gòu)層序，再由微體系結(jié)構(gòu)層執(zhí)行。執(zhí)行。26從計算機系統(tǒng)組成角度劃分的從計算機系統(tǒng)組成角度劃分的一種層次結(jié)構(gòu)模型一種層次結(jié)

23、構(gòu)模型面向問題語言層面向問題語言層第第5層層翻譯翻譯(編譯器編譯器)匯編語言層匯編語言層第第4層層翻譯翻譯(匯編器匯編器)操作系統(tǒng)層操作系統(tǒng)層第第3層層部分解釋部分解釋(操作系統(tǒng)操作系統(tǒng))指令系統(tǒng)層指令系統(tǒng)層第第2層層直接執(zhí)行直接執(zhí)行/解釋解釋(微程序微程序)微體系結(jié)構(gòu)層微體系結(jié)構(gòu)層第第1層層5、面向問題語言層、面向問題語言層 這一層使用高級語言這一層使用高級語言編程解決問題。編程解決問題。 高級語言程序通常由高級語言程序通常由編譯器翻譯成第編譯器翻譯成第3層或?qū)踊虻诘?層語言，個別有解層語言，個別有解釋執(zhí)行的。釋執(zhí)行的。 本書第二篇將分別從本書第二篇將分別從微體系結(jié)構(gòu)層、指令系微體系結(jié)構(gòu)層、

24、指令系統(tǒng)層、匯編語言層來討統(tǒng)層、匯編語言層來討論計算機系統(tǒng)的組成。論計算機系統(tǒng)的組成。271.3.2 從語言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu)從語言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu)虛擬機：虛擬機：指通過配置軟件（如某種語言指通過配置軟件（如某種語言的編譯器或解釋器）擴充機器功能后所的編譯器或解釋器）擴充機器功能后所形成的一臺計算機。形成的一臺計算機。機器語言物理機：機器語言物理機：指能識別與執(zhí)行機器指能識別與執(zhí)行機器語言的計算機硬件。語言的計算機硬件。28 下圖是從語言功能角度劃分的層次結(jié)構(gòu)模型下圖是從語言功能角度劃分的層次結(jié)構(gòu)模型專用語言虛擬機專用語言虛擬機高級語言虛擬機高級語言虛擬機匯編語言虛擬機匯編語言虛擬機機器

25、語言物理機（實際機器）機器語言物理機（實際機器）程序程序29例如：為了使例如：為了使Java程序能在不同的計算機上運行，程序能在不同的計算機上運行，SUN公司定義了一種稱為公司定義了一種稱為Java虛擬機虛擬機JVM（Java Virtual Machine）的虛擬體系結(jié)構(gòu)。它有）的虛擬體系結(jié)構(gòu)。它有32位字位字組成的內(nèi)存，能執(zhí)行組成的內(nèi)存，能執(zhí)行226條指令，大多數(shù)指令都條指令，大多數(shù)指令都很簡單，只有少量較復雜的指令。很簡單，只有少量較復雜的指令。 30 SUN公司提供：公司提供： 一個將一個將Java語言程序編譯成語言程序編譯成Java虛擬機指令序列虛擬機指令序列（又稱（又稱Java執(zhí)行

26、程序）的編譯器，以實現(xiàn)程序的跨平臺執(zhí)行程序）的編譯器，以實現(xiàn)程序的跨平臺運行。運行。 一個能解釋執(zhí)行一個能解釋執(zhí)行Java程序的解釋器，該解釋器用程序的解釋器，該解釋器用C語言編制，可在任何一臺有語言編制，可在任何一臺有C編譯器的計算機上運行。編譯器的計算機上運行。 SUN和其他一些公司還設計出可直接執(zhí)行和其他一些公司還設計出可直接執(zhí)行JVM程序的程序的CPU，這種，這種CPU芯片芯片picoJava-和和picoJava-已經(jīng)出現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)市場。已經(jīng)出現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)市場。311.3.3 軟硬件在邏輯上的等價軟硬件在邏輯上的等價 計算機許多功能既可以直接由硬件實現(xiàn)，也可以計算機許多功能既可以

27、直接由硬件實現(xiàn)，也可以在硬件支持下靠軟件實現(xiàn)，稱為軟、硬件在功能在硬件支持下靠軟件實現(xiàn)，稱為軟、硬件在功能上的邏輯等價。如乘法運算，可由硬件乘法器實上的邏輯等價。如乘法運算，可由硬件乘法器實現(xiàn)，也可在加法器與移位器支持下由乘法子程序現(xiàn)，也可在加法器與移位器支持下由乘法子程序?qū)崿F(xiàn)。實現(xiàn)。 指令系統(tǒng)是硬件與軟件之間的界面。指令系統(tǒng)所指令系統(tǒng)是硬件與軟件之間的界面。指令系統(tǒng)所規(guī)定的功能一般由硬件實現(xiàn)。規(guī)定的功能一般由硬件實現(xiàn)。 軟件硬化軟件硬化 系統(tǒng)設計者必須確定軟、硬件之間的界面，即哪系統(tǒng)設計者必須確定軟、硬件之間的界面，即哪些功能由硬件實現(xiàn)，哪些由軟件實現(xiàn)。些功能由硬件實現(xiàn)，哪些由軟件實現(xiàn)。32

28、1.4 計算機的工作過程計算機的工作過程1.4.1 處理問題的步驟處理問題的步驟 目前，大型的應用軟件的開發(fā)都采用軟件工程的方目前，大型的應用軟件的開發(fā)都采用軟件工程的方法。但如要解決規(guī)模較小的應用問題，可采用以下的法。但如要解決規(guī)模較小的應用問題，可采用以下的基本步驟：基本步驟：1、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)分析2、建立數(shù)學模型與設計算法、建立數(shù)學模型與設計算法3、編寫應用程序、編寫應用程序4、編譯為目標程序、編譯為目標程序5、由硬件執(zhí)行目標程序、由硬件執(zhí)行目標程序331.4.2 指令執(zhí)行過程指令執(zhí)行過程 加法指令加法指令“ADD AX，1000H”的功能是，的功能是，將主存將主存1000H單元的內(nèi)容（源操作數(shù)）與單元的內(nèi)容（源操作數(shù)）與CPU中中AX寄存器的內(nèi)容（目的操作數(shù)）相加，結(jié)果寄存器的內(nèi)容（目的操作數(shù)）相加，結(jié)果送回送回AX中。中。1、取指令與分析指令、取指令與分析指令 下面以加法指令為例，說明一條指令的執(zhí)行過程。下面以加法指令為例，說明一條指令的執(zhí)行過程。 按按CPU的程序計數(shù)器的程序計數(shù)器PC中的指令地址，從主存單中的指令地址，從主存單元讀取加法指令到指令寄存器元讀取加法指令到指令寄存器IR中，這時中，這時PC的內(nèi)容修的內(nèi)容修改為下一條指令地址。然后