计算机导论课后总结（第十二周）

这周的计算机导论课程，讲到了图灵机的概念和原理。

图灵机的概念最早出现在“图灵测试“提出者图灵于1936年发表的《论可计算数及其在判定问题中的应用》一文中，文中描绘了一种简单但运算能力却非常强的理想计算装置—图灵机。它是一种什么样的装置呢？不妨先回忆一下写算术题的时候我们是怎么做的：首先，在纸上写下一个式子，例如”1+1=2“，是不是先写完“1”，然后笔向右移动写一个“+”，然后笔再向右移动写一个“1”，直至写完这个式子？而如果在写到“2”的时候不小心写成了“3”，我们只需要把“3”擦除，重新写为“2”就好了。正是基于这样“写“、”移动“、”擦除，再写“的思想，图灵机应运而生。它的基本思想是用机器来模拟人人们用纸和笔进行数学运算的过程，图灵把这样的过程看作是两种简单的动作，即在纸上写或擦除某个符号；把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置。由此，图灵构造出一个理想的机器模型，其组成部分书上已经讲得很透彻，即一条无限长的纸带、一个读写头和一个控制器。对于控制器，我们学到的数字逻辑这门课程就有比较深入的讲解，在此整理一下：

控制器即控制读写头的工作，它包含控制规则集合和状态寄存器两个部分。这个概念可以通过数字逻辑课程上提到的触发器来帮助理解：控制规则集合相当于状态转移方程，而状态寄存器相当于现态，该现态输入到控制规则集合中即相当于传入参数给状态转移方程，由此得出次态并覆盖状态寄存器中的值，使这一次态又成为下一个步骤的现态，循环进行。当然，作为机器，我们规定它有一个特殊的状态，称为停机状态。

此外，我们还学到了计算机的冯诺依曼体系、个人计算机的硬件子系统、计算机系统结构等内容，这里边比较容易混淆的是存储器部分的内容。以下做一些整理：

1.计算机的存储器可分成内存储器和外存储器。它俩有什么区别呢？打个比方，我们玩游戏的时候会给角色穿装备，这些装备放在背包中，需要的时候随时拿出来给角色换上，但是一个角色的背包能存储的的装备数量又是有限的，我们打出来的多了的暂时不用的装备只需要放到仓库里存着，等需要用的时候再拿出来就好，而不需要装在背包里面占用空间，免得等到爆到好装备的时候无法捡起。反映到内存和外存上，就是一个道理，即：内存储器在程序执行期间会被计算机频繁地使用，并且在一个指令周期期间是可以直接访问的。而对于外存储器，则是计算机的一个外贮藏装置例如磁带或磁盘等，在需要的时候计算机才来读取其中信息信息。

2.外存比较好理解，光盘、USB、移动硬盘等等都属于外存储器。但在这里，内存却又分为好几类：

（1）.随机存取存储器（RAM）

随机存取是相对顺序存取而言的，这一点可以参照数据结构中的链式存储结构和顺序存储结构的区别，二者异曲同工。此外，随机存取存储器还分为静态存取存储器（SRAM）和动态存取存储器（DRAM）。前者不需要刷新电路即能保存数据，缺点是集成度低，功耗大，成本比较高；后者需要定数刷新电路，否则会导致存储数据的丢失，其存取速度比较慢，但它因有着集成度高、体积小、成本低等优点，而成为RAM内存的主要选择。

（2）.只读存储器(ROM)

这种存储器存储的数据只能被读取，而不能被改动（非正常情况的非法写入除外）。它内部存储的数据在制造过程中就已经被确定，一般是存储各种固定的程序和数据。但为方便使用，它又进一步发展出了可编程只读存储器、可擦可编程只读存储器、电可擦可编程只读存储器等类型，已经可以写入或者删除其存储的内容，不能再以字面意思“只读”来理解它了。

（3）.高速缓冲存储器（Cache）

高速缓冲存储器是位于主存储器与CPU之间的高速小容量存储器，用于解决CPU与主存储器之间速度不匹配的问题，它存放的是CPU立即要运行或者刚使用过的程序和数据。这比较好理解，就好比，我们用听歌软件听歌时，它会设置一个缓存区，用来存储我们听过的歌曲，在我们第二次听这个歌的时候就不需要加载而利用这个缓存数据就可以直接地听到歌曲了。

总结到这里，共勉！