计算机科学导论笔记（一）

目录

一、绪论

1.1 图灵模型

1.1.1 数据处理器

1.1.2 可编程数据处理器

1.1.3 通用图灵机

1.2 冯 · 诺依曼模型

1.2.1 四个子系统

1.2.2 存储程序概念

1.2.3 指令的顺序执行

1.3 计算机组成部分 

1.3.1 计算机硬件

1.3.2 数据

1.3.3 计算机软件

二、数字系统

2.1 位置化数字系统

2.2 非位置化数字系统

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一、绪论

1.1 图灵模型

Alan Turing在1937年首次提出了一种通用计算设备的设想，他设想所有的计算都能在一种特殊的机器上执行，这就是现在所说的图灵机。但图灵机只是一种数学上的描述，并不是一种真正的机器。

1.1.1 数据处理器

在讨论图灵模型之前，我们先把计算机定义为数据处理器。数据处理器是一种黑盒子，输入数据经过计算机处理得到我们想要的输出，但是我们并不清楚计算机的内部情况。

但数据处理器的定义过于广泛，便携式计算器也符合这种定义 .并且定义中没有指出计算机能够处理的数据的类型以及是否能处理一种以上的类型。一些用于专门用途的机器也符合定义，但是如今我们对计算机的理解应该是一种通用的机器，它能够完成许多不同的工作。

1.1.2 可编程数据处理器

图灵模型是一种适用于通用计算机的更好模型。 它增加了一个额外的元素（程序）到计算机中。程序是告诉计算机对数据处理的指令集合。

输出数据取决于输入数据和程序。相同的输入 ，不同的程序会输出不同结果；相同的程序，不同的输入会输出不同结果；相同的输入，相同的程序会输出相同的结果。

1.1.3 通用图灵机

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运算。

1.2 冯 · 诺依曼模型

 基于通用图灵机的计算机都是在存储器中存储数据。冯诺依曼在1944-1945年间指出，程序和数据在逻辑上是相同的，因此程序也能存储在存储器中。

1.2.1 四个子系统

存储器：用来存储程序和数据。

算术逻辑单元：用来进行算术和逻辑运算。

控制单元：用来对存储器、算术逻辑单元、输入输出等子系统进行控制操作。

输入 / 输出：输入子系统负责从计算机外部接收数据和程序，输出子系统负责将计算机处理好的结果输出到计算机外部。

1.2.2 存储程序概念

冯诺依曼模型要求程序必须存储在存储器中。这和早期只有数据是存储在存储器中的计算机结构完全不同，程序在早期的计算机中体现为操作一系列的开关或改变其配线。现代计算机的存储单元用来存储程序和数据，这意味着程序和数据应该有相同的格式，实际上它们都是以位模式（0和