计算机科学导论第十二周课后总结

图灵机

图灵机的构成与运行原理

图灵的基本思想是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程，他把这样的过程看作下列两种简单的动作：

1、在纸上写上或擦除某个符号：

2、把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置：

而在每个阶段，人要决定下一步的动作，依赖于 (1) 此人当前所关注的纸上某个位置的符号和(2) 此人当前思维的状态。

为了模拟人的这种运算过程，图灵构造出一台假想的机器，该机器由以下几个部分组成：

1、一条无限长的纸带 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，… ，纸带的右端可以无限伸展。

2、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。

3、一套控制规则 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。

4、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。

图灵机的重要意义

图灵机具有非常重要的实际意义，从书上的例题中我们可以了解到图灵机解决实际问题的基本运算原理，我觉得我们也可以把它视为一种数学模型，或者是一种抽象的计算模型。它可以将我们思考问题的方式转化为计算机思考问题的方式，进而帮助我们利用计算机去解决实际问题，甚至是解决我们无法解决的问题。一切可以计算的函数都可以转化为图灵机的计算模式。因此，图灵机的计算模型是整个计算机科学最核心的理论之一，同时也是算法设计与程序设计的重要基础！

因此，深入了解图灵机的结构与运行原理对于我们进入计算机科学这个世界有着非常大的帮助。

计算机结构与组成

冯诺依曼计算机体系结构

冯诺依曼所提出的储存程序原理成为现代计算机的基础，为计算机的科学做出了及其伟大的贡献，他本人的才华也被世界所认可尊重，被誉为“计算机之父”。
提出了计算机内部使用二进制数的伟大创造，使得信息可以在计算机内部快速表示，并提出了计算机硬件由五个部分所组成，分别是输入数据和程序的输入设备，记忆程序和数据的存储器，完成数据加工处理的运算器，控制程序执行的控制器，输出处理结果的输出设备。我们目前所使用的的计算机，大部分都是冯诺依曼体系结构的。

计算机的硬件子系统

一.主机

1.中央处理器

中央处理器，其英文缩写为CPU，由控制器，运算器和寄存器组成，其对数据的处理能力与计算机的性能直接相关，是计算机非常重要的组成部分。

随着计算机的发展，对CPU计算能力的要求也越来越高，如今我们所见到的大多都是多核处理器，其基本原理与单核基本一致，但其在一个CPU中集合了多个完整的计算内核，可以同时管理多项活动，处理任务，解决问题的能力得到了极大的提高。

2.内存储器

简称内存，用于要执行的程序或要处理的数据，没有内存，这些就无法输入计算机中。因为我们无法将所有程序和数据全部放入内存中，那样做的成本过于高昂，我们计算机中的数据和程序都是存放在外存储器（属于外部设备的一部分）中的，执行程序时，程序先由外存进入内存，进而被计算机所读取，从而实现。

二.外部设备

1.外存储器

外存储器也被成为辅助存储器，它可以存储大量的信息，并且其成本要远低于计算机内存及CPU，常见的外存储器有硬盘，U盘，光盘等。

2.输入设备

输入设备，即将数据从外部输入到计算机中的一种设备的集合。常用的输入设备有鼠标，键盘，以及触摸屏等。

3.输出设备

计算机在完成任务之后，我们无法直接从其内部获得我们所需要的信息，只有将其内部的二进制数据转化为我们所能认知的信息，并将其输入到输出设备上，我们才能得知计算机的运行结果。

可见计算机的每一个组成部分都有其不可替代作用，它们之间的逻辑结构组成了改变我们这个时代的工具——计算机！

以上即为本次的课后总结。