计算机导论(3)

1.信息与计算机

1.图灵机

基本思想:将人们使用纸笔进行数学运算的过程进行抽象,由一个虚拟的机器 替代人们进行数学运算
组成部分:无限延伸的纸带TAPE、读写头HEAD、控制器(控制读写头,包括控制规则集合和状态寄存器)
控制器规则格式:当前状态、当前符号、新符号、读写头移动、下一个状态
五元组:Q(有穷个状态的集合)、Σ(符号的集合)、δ(控制台的规则集合)、s(初始状态)、H(停机状态)
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注意:图灵机的每一部分都是有限的,但他有一个无限的TAPE,因此它是一个理想机器,图灵机理想理论是计算机科学的核心理论之一

2. 计算机科学

学科形态:理论研究(数学的根本)、模型抽象(自然科学的根本)、工程设计(工程的根本)三者相互联系而交织而形成了计算机科学
含义:是处理信息的学科,主要包括信息的处理、管理、和改善;它是对描述和变换信息的算法过程的系统研究,包括其理论、分析、设计、效率的必需、实现的应用
基本问题:什么能(有效的)自动进行
总结:计算机科学是处理信息的学科,程序设计语言是具有计算机及领域特色的工具

2.冯诺依曼体系结构

1.存储程序原理

a.计算机内部采用二进制
b.程序由一系列指令构成,程序和数据出发在内存储器中,进行统一编址,并按同样的方法存取
c.计算机硬件组成:由运算器(完成算术运算和逻辑运算)、控制器(存放数据和程序)、存储器(协调与控制程序和数据的输入、程序的执行和运算结果的处理)、输入设备和输出设备
d.将编好的程序和原始数据事先存入内存储器,计算机在程序的控制下一步一步地处理数据,直到得出结果

2.计算机硬件子系统

计算机导论(3)_第1张图片
中央处理器(CPU):由“双核架构+核心数量”共同决定性能
内存储器:用于存放要执行的程序和相应的数据
1)随机存取存储器(RAM):根据地址直接存取任一单元中的数据,他又分为静态存取存储器(SRAM不需要刷新电路、速度快)、动态存取存储器(DEAM集成度高、体积小、成本低)
2)只读存储器(ROM):只能读出信息而不能写入信息,存储数据较为稳定,断电后所存数据不会改变。后发展为可编程只读内存(PROM仅能写入一次)、可擦可编程只读内存(EPROM可重复使用、需要透明窗已便曝光)、电可擦可编程只读内存(EEPROM不需要透明窗)
3)高速缓冲存储器(Cache):高速小容量,存放的是CPU立即要运行或刚使用过的程序和数据,CPU先读取Cache再读取主存储器
外存储器:存储信息不易丢失、便宜
1)硬盘:大多数硬盘都是固定硬盘,被永久的密封固定在硬盘驱动器中
2)光盘:是一种光学存储媒体,容量大
3)U盘:体积小、可热插拔、可重复写入
4)移动硬盘:容量大、传输速度高、使用方便、可靠性高
输入设备:键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏等
输出设备:显示器(LCD)、打印机、绘图仪等

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