计算机文化基础：第4章 cpu的信息处理

中断的产生：各种软硬件；中断信号（中断的详细信息）。 中断的接收：CPU中的中断处理部件接收；
中断信号的编码、中断处理程序起始地址。
中断的检测：程序控制部件在每百度文库指令执行后，
确定每一种指令应该完成的动作，及其连带的指令有关参数。
• 如“加法指令”连带的2个被加数的地址
指挥主存储器将数据送到CPU中来。 将结果数据存入寄存器或内存中。
程序控制
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寄存器组
由多个高速寄存器组成的高速存储单元 用于暂时存储运算数据或其他类型的信息
整数操作数或结果 浮点数操作数或结果 跳转地址 程序代码地址 内部各种标志信息 .......
微型计算机使用的CPU通常称 为 MPU（Micro Processor Unit）
其他部件与CPU协同工作
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中央处理器
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2.1 CPU的组成及程序控制原理
CPU内部结构 寄存器组、算术逻辑运算部件、程序控制部件、中断 处理部件
ALU
算术逻辑运算
中断处理 程序控制
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图灵机器就是为此提出的一个概念。论文发表后引起美 国科学家的重视，应邀到美国普林斯顿大学，1938取得博士 学位。
破译了德军密码光荣受勋
1938年回英国剑桥大学。1939年进入 英国政府的一研究机构，破译了德军密 码，战后光荣受勋。
战后进入英国国家物理实验室，开始 了设计和建造英国的电子计算机工程（ ACE）。1951被选为英国皇家学会院士。
第4章 CPU的信息处理
本章内容
重点： CPU的工作原理、指令及指令周期的概念；CPU 访问主存储器的工作原理。
要求： 了解图灵机计算的原理； 掌握CPU的内部组成,及指令在CPU中执行的过程 掌握CPU访问主存储器的工作原理；
了解指令系统及各种类型的指令
1、图灵与图灵机
图灵和图灵机
就如同文学院的学生都熟悉曹雪芹 和红楼梦，物理系的学生都熟悉爱因斯 坦和相对论一样，
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中断控制器
中断控制器，用于处理意外情况。
问题背景：处理临时出现的紧急事件，如鼠标移动。
中断的处理：发现中断信号，程序控制部件暂停正在运行的程序， 保存该程序的运行现场（当前所有执行状态信息），以便其恢复执 行；根据中断信号从特定位置启动中断处理程序（操作系统提供） 处理中断。中断处理完毕后，回到原来的程序工作轨道继续工作。
图灵认为:图灵机可以用有限的、机械的步骤解决具体 的计算问题，这些步骤称为“算法”。
图灵机
图灵机:是指一个抽象的机器。它有一条无
限长的纸带，纸带分成了一个一个的小方格， 每个方格有不同的颜色。有一个机器头在纸 带上移来移去。机器头有一组内部状态，还 有一些固定的程序。在每个时刻，机器头都 要从当前纸带上读入一个方格信息，然后结 合自己的内部状态查找程序表，根据程序输 出信息到纸带方格上，并转换自己的内部状 态，然后进行移动。
1954年6 月7日因吃了含氰化物的苹 果，在家中死亡，享年不足42岁。死因 成不解之谜。自杀或意外？2008年英国 首相戈登·布朗代表政府道歉。
1. 图灵机-计算机的理论模型
“图灵机”不是一种具体的机器，而 是一种抽象的理论模型，人们根据该 模型可制造出一种结构简单但运算能 力却极强的计算装置，即计算机。
图灵机的工作过程
注意：指令和数据均可用二进制表示！
图灵机意义
为设计计算机（硬件）指明了方向 为算法和程序设计（软件）提供了理论依据
图灵机--计算机学科最重要的理论基础 。
2、中央处理器（CPU）
2、中央处理器CPU
中央处理器（CPU）的任务是执 行“程序”
CPU（Central Processing Unit ），计算机的核心
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程序控制部件（Program Control Unit）
程序控制部件：CPU的控制中心，负责解释指令，根据指 令的解释去发出命令，控制计算机其他各部分的活动，并 对CPU的工作进度和工作方式进行控制：
CPU依据输入的指令进行工作 当一条指令进入 CPU 后，程序控制部件分析解释该指令的编码内容，
父亲是英国驻印度的官员。寄养 在别人家中。
1926年后中学寄宿，喜欢赛跑。
剑桥大学King's College
1930年图灵进入剑桥大学King‘s College攻读数学。1934年他22岁时， 完成了学位论文。
图灵机器概念的提出
1935年图灵对数理逻辑发生兴趣。 1936年发表“论可计算数及其在判定 问题中的应用”一文。
学过计算机的，不能不知晓计算机 和计算机科学理论的奠基人图灵以及图 灵机的基本知识和概念。
英国数学家图灵（Alan Turing） 是计算机科学理论的奠基人。
Alan Turing
（1912.6.23-1954.6.7)
1912-1954
图灵的生平
图灵Alan Mathison Turing 1912年6月23日出生于英国伦敦近郊。
图灵机
图灵机装置
➢ 一套控制程序(状态转移表TABLE)
它根据当前机器所处的状态 以及当前读写头所指的格子上的 符号来确定读写头下一步的动作， 并改变状态寄存器的值，令机器 进入一个新的状态。
图灵机
图灵机装置
➢ 一个状态寄存器
它用来保存图灵机当前所处 的状态。图灵机的所有可能状态 的数目是有限的，并且有一个特 殊的状态，称为停机状态。
图灵机
图灵机装置
➢ 一条无限长纸带TAPE
纸带被划分为一个接一个 的小格子，每个格子上包含一 个来自有限字母表的符号，字 母表中有一个特殊的符号,表 示空白。纸带上的格子从左到 右依此被编号为 0,1,2,... ， 纸带的可以无限伸展。
图灵机
图灵机装置
➢ 一个读写头 HEAD
该读写头可以在纸带上左 右移动，它能读出当前所指的 格子上的符号，并能改变当前 格子上的符号。
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程序控制
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算术逻辑运算部件ALU
算术逻辑运算部件：执行算术运算和逻辑运算的部件
加法的例子：
一条加法指令（连带指出参与运算的两个 被加数的地址）进入CPU
程序控制部件分析该指令，判断操作数在
寄存器还是内存中
程序控制
如果在内存，从内存读入操作数 提交加法运算让ALU进行计算 指示把计算结果存放到寄存器或内存中