【241天】网易云课堂计算机专业基础课程系列——计算机专业导论（6）

叨叨两句

1. 哀其不幸，怒其不争
2. 在能够轻易改变命运的年纪，请不要随意纵容自己的欲望，不划算。
3. 请不要相信努力就能成功，但请坚信不努力绝对不可能成功。
4. 什么样的品质可以称之为优秀？不纵容负面情绪，经得起讨论，自律，重视健康，习惯做计划，讲信誉，包容不同思想。。。

第3讲：冯.诺依曼计算机

1. 冯.诺依曼计算机的思想与构成

基本思想

1. 运算与存储分离
2. 存储程序【指令（程序）和数据以同等地位事先存于存储器，可按地址寻访，连续自动执行】
3. 五大部件构成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备
4. 指令和数据用二进制表示，指令由操作码和地址码组成。
5. 以运算器为中心，控制器负责解释指令，运算器负责执行指令。
   

现代计算机系统上的改进

1. 冯.诺依曼提出的计算机系统结构是以运算器为中心的，那种系统在输入输出时运算器要停止工作，在运算时不能输入输出。
2. 为了解决上述问题，现代计算机改为以存储器为中心（存储器有很多存储单元，一部分输入输出时，另一部分可以进行运算和程序的执行，实现并行）
   

冯.诺依曼计算机的工作原理

1. 控制台启动控制器工作
2. 取出指令：控制器向存储器发送第1条指令地址
3. 取出指令：存储器根据指令地址取出指令并分析指令
4. 执行指令：控制器向存储器发送操作数x所在地址
5. 执行指令：存储器根据操作数地址取出操作数x并发送至运算器。
6. 取出指令：发送下一条（第二条）指令地址【同2】
7. 取出指令：存储器根据指令地址取出指令并分析指令【同3】
8. 执行指令：控制器向存储器发送操作数a所在地址【同4】
9. 执行指令：存储器根据操作数地址取出操作数a并发送至运算器。【同5】
10. 执行指令：控制器通知运算器运算a乘以x

现代计算机的四大核心部件

1. CPU
2. 主存储器
3. I/O设备
4. 总线

2. 自动存储与存储器

基本概念

1. 存储单元
2. 存储位（存储位数是固定的，我们称其为存储器的字长）
3. 输出缓冲器
4. 地址编码
5. 地址译码器
6. 单元控制线

存储器的内部实现

存储器芯片容量的扩展

3. 机器级程序与机器指令

算法

机器指令-机器语言

1. 机器指令：CPU可以直接分析并执行的指令，一般由0和1编码表示。
2. 指令≈操作码 + 地址码
   

机器指令表达算法

机器级程序和数据装载进存储器

高级语言程序和机器之间的关系

4. 机器级程序的执行机制

运算器

1. （数据）寄存器【数量有限，为充分利用，既是操作数，又保存运算结果】
2. 算术逻辑部件
   

控制器

1. 程序计数器PC——存储下一条要执行指令的地址【自动加1】
2. 指令寄存器IR——存储当前指令内容
3. 信号控制器——通知相关部件工作
4. 时钟与信号发生器——机器的主频就描述这里
   

存储器

1. 地址译码器
2. 地址寄存器
3. 内容寄存器（即输出缓冲器）
   

时钟周期、节拍与机器周期

计算机各部件内部的简单构成关系

5. 机器级程序的执行过程模拟（以视频中指令为例）

第一条指令的读取与执行

1. 第一步：将程序计数器PC中的地址，传递给存储器的地址寄存器；同时，信号控制器发送信号通知存储器工作。
2. 第二步：存储器将内容读入内容寄存器，接着传入指令寄存器IR
   
3. 第三步：信号控制部件分析指令寄存器IR中的指令，完成后做两件事。1、控制程序计数器+1；2、读取到操作码和地址码后，将地址码传入存储器，同时信号控制部件通知存储器工作。
4. 第四步：信号控制器发出指令，通知运算器中的寄存器，接收从内容寄存器中取出的内容，并存到运算器寄存器的R0位置
   

第二条指令的读取与执行

同1-4，地址码对应内容被取出到了内容寄存器的R1位置，同时信号控制器通知运算器运算，此时R0中数值将会变。

图灵机的思想与模型简介

图灵认为的计算

计算者（人或机器）对一条两端可无限延长的纸带上的一串0或1，执行指令一步步改变纸带上的0或者1，经过有限步骤最后得到一个满足预先规定的符号串的变换过程。

图灵机的思想

1. 数据
2. 基本动作
3. 指令
4. 程序【指令的集合】
5. 执行
6. 自动计算
   

图灵机模型

1. 基本的图灵机模型为一个七元组

2. 图灵机是一种思想模型，它的组成如下：

   1. 一个控制器（有限状态转换器）
   2. 一条可无限延伸的纸带
   3. 一个在带子上左右移动的读写头
3. 程序是五元组形式的指令集
4. 图灵机模型被认为是计算机的基本理论模型——计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。图灵机是一种离散的、有穷的、构造性的问题求解思路，一个问题的求解可以通过构造其图灵机（即程序）来解决。
5. 图灵认为：凡是能用算法方法解决的问题也一定能用图灵机解决；凡是图灵机解决不了的问题任何算法也解决不了【图灵可计算性问题】
   

我的一些思考（2017.10.02）

1. 其实各种进制、各种编码方式，都是为了将数据进行表示，使机器能够识别。
2. 目前，各种编码方式最后都将信息处理成了二进制的0和1。
3. 0和1分别由高还是低电平表示，这是人定的规则
4. 电如何传导，这是天定的规则
5. 人类输入自己标定了含义0和1组合，通过计算机中电的传导，最终获得机器输出的0和1，而这0和1，人类能赋予含义。
6. 数是一种客观存在的现象（或称事实），阿拉伯数字0-9只是当今世界用来表示它们较小数的“符号”，而各种进制，则是被发明出来，用于描述更大数的“规则”。
7. 高级语言中的变量存的是存储单元的地址【非固定】

//该示例并不严谨，只是一时灵光乍现，想要记下自己的理解，意会即可。
int x ; //此时x存的地址还未定
x=3；//此时x中存上了内容为3的存储单元的地址，注意：你并非把3这个值给了x