计算机科学导论第一章_绪论
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计算机导论
1
使用教材
Behrouz A. Forouzan （佛罗赞） Firouz Mosharraf （莫沙拉夫） 刘艺 瞿高峰 机械工业出版社 2010年出版
2
使用教材
Behrouz A. Forouzan （佛罗赞） Firouz Mosharraf （莫沙拉夫） 迪安那大学.
1921-1923在苏黎世联邦工业大学学习．
1926年获得布达佩斯大学数学博士学位
1927-1929在柏林大学和汉堡大学任教
John Von Neumann （约翰·冯·诺依曼）
1903.12.28-1957.2.8 美籍匈牙利人
数学家、化学家、 物理学家、发明家、
计算机专家
1930普林斯顿大学客座教授，1931年他成 为美国普林斯顿大学的第一批终身教授 1933年转到该校的高级研究所，成为最初 六位教授之一，并在那里工作了一生．
14
四个子系统 Four subsystems
基于冯诺依曼模型的计算机分为四个子系统: 存储器memory 、算术逻辑单元 arithmetic logic unit, 控制单元control unit、输入输出单元 input/output
Figure 1.5 冯.诺依曼模型
15
四个子系统 Four subsystems
Figure 1.2 基于图灵模型的计算机：可编程数据处理器
9
Figure 1.3 相同的程序，不同的数据
10
Figure 1.4 相同的数据，不同的程序 11
通用图灵机 The universal Turing machine
通用图灵机是对现代计算机的首次描述， 该机器只要提供了合适的程序就能做任何计算。 一台很强大的计算机和通用图灵机能进行同样的运算。 我们所需要的仅仅是为这两者提供数据以及用于描述如 何做运算的程序. 实际上，通用图灵机能够做任何可计算的运算.
5
1-1 图灵模型 TURING MODEL
1931年进入剑桥大学国王学院， 毕业后到普林斯顿大学攻读博士， 二战爆发后回到剑桥，后曾协助军 方破解德国著名密码系统Enigma， 帮助盟军取得了二战胜利
Alan Turing（阿兰.图灵）
1912.6.23-1954.6.7 英国数学家、逻辑学家、
(按照字面意思，它也符合定义的模型). 没有说明处理的类型和数量，专用机？通用机？
8
可编程数据处理器 Programmable data processors
图灵模型是一个适用于通用计算机的更好模型. 该模型添加了一个额外的元素（程序）到不同的计算机器中. 程序是用来告诉计算机对数据进行处理的指令集合.
12
1-2 冯.诺依曼模型 VON NEUMANN MODEL
基于通用图灵机建造的计算机都是在存储器中 储存数据。
在1944–1945年期间, John von Neumann 冯.诺依曼指出, 鉴于程序和数据在逻辑上是相同的, 因此，程序也能储存在计算机的存储器中.
13
读书过目不忘．
一生掌握七种语言．最擅德语
冯诺依曼模型要求程序必须存储在内存中. 与早期只有数据才存储在存储器中的计算机结构完全不同: 完成某一任务的程序是通过操作一系列的开关或改变其配 线来实现的.
现代计算机的存储单元主要用来存储程序及其响应数据。 这意味着数据和程序应该具有相同的格式，这是因为它们 都储存在存储器中. 实际上，它们都是以二进制模式存储在内存中的 （0和1序列）
他将该模型建立在人们进行计算过程的行为上， 并将这些行为抽象到用于计算的机器的模型中， 这才真正改变了世界。
7
数据处理器 Data processors
在讨论图灵模型之前，首先把计算机定义成一个数据处理器。 依照该定义，可以认为计算机是一个 输入数据、处理数据并产生 输出数据的黑盒。
Figure 1.1 数据处理模型 尽管该模型能够体现现代计算机的功能，但其定义还是太广泛。 按照这种定义，也可以认为便携式计算器是计算机。
3
第1章
绪论
4
目标
通过本章的学习，学生应该能够:
定义计算机的图灵模型. 定义计算机的冯.诺依曼模型. 描述计算机的三大部分：硬件、数据和软件. 列举与计算机硬件相关的话题. 列举与数据相关的话题. 列举与软件相关的话题. 讨论与计算机使用相关的一些社会问题和职业道德问题. 说出计算机的简明历史.
存储器：用来存储的区域。在计算机的存储过程 中，用来存储程序和数据。 算术逻辑单元 : 进行计算和逻辑运算。 控制单元: 对存储器、ALU、I/O等子系统进行控 制操作。 输入输出单元 : 输入子系统负责从计算机外部接 收输入数据和程序。输出子系统负责将计算机的 处理结果输出到计算机外部。
16
存储的程序概念 The stored program concept
6
1-1 图灵模型
Alan Turing在1937年首次提出了一个通用计算设备 的设想。设想所有的计算都可能在一种特殊的机器 上执行，这就是现在提出的图灵机 Turing machine.
图灵机不是一种具体的机器，而是一种思想模型， 可制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置， 用来计算所有能想象得到的可计算函数。
密码破译专家、 计算机之父、人工智能之父
1936 年 ， 图 灵 发 表 重 要 论 文 《 论 可 计算数及其在判定问题上的应用》， 提出“算法”和“计算机”两个核 心概念（computing machines）
1950 年 ， 图 灵 发 表 题 为 “ 机 器 能 思 考吗”的论文，成为划时代之作
17
指令的顺序执行 Sequential execution of instructions
冯诺依曼模型中的一段程序是由一组数量有限的指令组成. 控制单元从内存中提取一条指令，解释指令，执行指令 . 换句话说，指令就一条接着一条按顺序执行. 一条指令可能会请求控制单元以便跳转到其前面或者后面 的指令去执行，但这并不意味着指令没有按照顺序来执行. 指令的顺序执行是基于冯诺依曼模型的计算机的初始条件. 当今的计算机以最高效的顺序来执行程序.
1
使用教材
Behrouz A. Forouzan （佛罗赞） Firouz Mosharraf （莫沙拉夫） 刘艺 瞿高峰 机械工业出版社 2010年出版
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使用教材
Behrouz A. Forouzan （佛罗赞） Firouz Mosharraf （莫沙拉夫） 迪安那大学.
1921-1923在苏黎世联邦工业大学学习．
1926年获得布达佩斯大学数学博士学位
1927-1929在柏林大学和汉堡大学任教
John Von Neumann （约翰·冯·诺依曼）
1903.12.28-1957.2.8 美籍匈牙利人
数学家、化学家、 物理学家、发明家、
计算机专家
1930普林斯顿大学客座教授，1931年他成 为美国普林斯顿大学的第一批终身教授 1933年转到该校的高级研究所，成为最初 六位教授之一，并在那里工作了一生．
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四个子系统 Four subsystems
基于冯诺依曼模型的计算机分为四个子系统: 存储器memory 、算术逻辑单元 arithmetic logic unit, 控制单元control unit、输入输出单元 input/output
Figure 1.5 冯.诺依曼模型
15
四个子系统 Four subsystems
Figure 1.2 基于图灵模型的计算机：可编程数据处理器
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Figure 1.3 相同的程序，不同的数据
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Figure 1.4 相同的数据，不同的程序 11
通用图灵机 The universal Turing machine
通用图灵机是对现代计算机的首次描述， 该机器只要提供了合适的程序就能做任何计算。 一台很强大的计算机和通用图灵机能进行同样的运算。 我们所需要的仅仅是为这两者提供数据以及用于描述如 何做运算的程序. 实际上，通用图灵机能够做任何可计算的运算.
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1-1 图灵模型 TURING MODEL
1931年进入剑桥大学国王学院， 毕业后到普林斯顿大学攻读博士， 二战爆发后回到剑桥，后曾协助军 方破解德国著名密码系统Enigma， 帮助盟军取得了二战胜利
Alan Turing（阿兰.图灵）
1912.6.23-1954.6.7 英国数学家、逻辑学家、
(按照字面意思，它也符合定义的模型). 没有说明处理的类型和数量，专用机？通用机？
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可编程数据处理器 Programmable data processors
图灵模型是一个适用于通用计算机的更好模型. 该模型添加了一个额外的元素（程序）到不同的计算机器中. 程序是用来告诉计算机对数据进行处理的指令集合.
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1-2 冯.诺依曼模型 VON NEUMANN MODEL
基于通用图灵机建造的计算机都是在存储器中 储存数据。
在1944–1945年期间, John von Neumann 冯.诺依曼指出, 鉴于程序和数据在逻辑上是相同的, 因此，程序也能储存在计算机的存储器中.
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读书过目不忘．
一生掌握七种语言．最擅德语
冯诺依曼模型要求程序必须存储在内存中. 与早期只有数据才存储在存储器中的计算机结构完全不同: 完成某一任务的程序是通过操作一系列的开关或改变其配 线来实现的.
现代计算机的存储单元主要用来存储程序及其响应数据。 这意味着数据和程序应该具有相同的格式，这是因为它们 都储存在存储器中. 实际上，它们都是以二进制模式存储在内存中的 （0和1序列）
他将该模型建立在人们进行计算过程的行为上， 并将这些行为抽象到用于计算的机器的模型中， 这才真正改变了世界。
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数据处理器 Data processors
在讨论图灵模型之前，首先把计算机定义成一个数据处理器。 依照该定义，可以认为计算机是一个 输入数据、处理数据并产生 输出数据的黑盒。
Figure 1.1 数据处理模型 尽管该模型能够体现现代计算机的功能，但其定义还是太广泛。 按照这种定义，也可以认为便携式计算器是计算机。
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第1章
绪论
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目标
通过本章的学习，学生应该能够:
定义计算机的图灵模型. 定义计算机的冯.诺依曼模型. 描述计算机的三大部分：硬件、数据和软件. 列举与计算机硬件相关的话题. 列举与数据相关的话题. 列举与软件相关的话题. 讨论与计算机使用相关的一些社会问题和职业道德问题. 说出计算机的简明历史.
存储器：用来存储的区域。在计算机的存储过程 中，用来存储程序和数据。 算术逻辑单元 : 进行计算和逻辑运算。 控制单元: 对存储器、ALU、I/O等子系统进行控 制操作。 输入输出单元 : 输入子系统负责从计算机外部接 收输入数据和程序。输出子系统负责将计算机的 处理结果输出到计算机外部。
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存储的程序概念 The stored program concept
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1-1 图灵模型
Alan Turing在1937年首次提出了一个通用计算设备 的设想。设想所有的计算都可能在一种特殊的机器 上执行，这就是现在提出的图灵机 Turing machine.
图灵机不是一种具体的机器，而是一种思想模型， 可制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置， 用来计算所有能想象得到的可计算函数。
密码破译专家、 计算机之父、人工智能之父
1936 年 ， 图 灵 发 表 重 要 论 文 《 论 可 计算数及其在判定问题上的应用》， 提出“算法”和“计算机”两个核 心概念（computing machines）
1950 年 ， 图 灵 发 表 题 为 “ 机 器 能 思 考吗”的论文，成为划时代之作
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指令的顺序执行 Sequential execution of instructions
冯诺依曼模型中的一段程序是由一组数量有限的指令组成. 控制单元从内存中提取一条指令，解释指令，执行指令 . 换句话说，指令就一条接着一条按顺序执行. 一条指令可能会请求控制单元以便跳转到其前面或者后面 的指令去执行，但这并不意味着指令没有按照顺序来执行. 指令的顺序执行是基于冯诺依曼模型的计算机的初始条件. 当今的计算机以最高效的顺序来执行程序.