計算機科學導論論文684413422

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計算科學導論論文摘要：在計算科學與導論這門課程中，我們了解到了計算機科學是研制并且利用計算機完成數據處理任務 的理論、方法和技術的學科。計算機的根本功能是數據處理。現代計算機體系在馮?諾依曼模式上建立，包 括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。了解計算機的內部結構的同時，我們還了解到了數據在計算機內的表示 方法。關鍵字：計算機，體系結構，硬件，軟件，數據表示1引言計算科學是計算機科學的基礎，計算機只是一個工具，而計算科學才是能解決問題的根 本。近十年來，隨著研究在廣度和深度上的不斷發(fā)展，以計算科學的定義來替代計算機科學 稱謂的觀點稱為一種主流意見，尤其是在教育界越來越得到認同。可以認為計算機科學是研制并利用計算機完成數據處理任務所涉及的理論、方法和技 術的學科。完成這個學科任務，要研究基本理論、揭示基本規(guī)律，也要解決能夠在計算機上 實現的技術方法。因此，計算機科學的特征是科學性和工程性并重，理論性和實踐性相結合。 在應短兒十年里，計算機科學就發(fā)展成為了冇眾多分支領域、內容非常豐富、應用及其廣泛 的學科。科學研究從問題開始，或者說科學始于問題而非觀察，盡管通過觀察可以引出問題, 但在觀察時必定帶有問題，帶有預期的設想，漫無目的的觀察室不存在。2計算問題的求解結構(1) 計算機求解問題的兒個思想：計算機對問題的求解是人類求解的機辭模擬，人類本 身可以解決這個問題，但是讓計算機來實現；要用計算機求解的問題，人類必須首 先會解；在問題的解決過程屮，計算機只是個工具，人是主體；日前，計算機還不 能做到智能，但是，造出類人計算機是我們的目標。世界上有兩利|觀點，一種認為 類人智能有可能發(fā)展，一種認為人工智能不能做到。世界各國都在為此努力。(2) 計算機求解問題的結構圖(3)算法：用來解決問題的步驟的精確的描述，即便每一步所對應的計算機的每一涉都 可以執(zhí)行。一個算法就是一個冇窮規(guī)則的集合，為重的規(guī)則規(guī)定了一個解決某一特 定類型問題的運算序列。算法是編程的前捉。算法所具有的確定性、可終止性和可 執(zhí)行性奠定了用計算機執(zhí)行算法的基礎。3機器計算的思想、可計算性與計算模型(1) 機器計算的思想：計算是人類長期的重要活動，機器計算是人類永遠的追求。(2) 可計算性：是指一個實際問題是否可以使用計算機來解決。事實上，很多非數值問 題(比如文字識別，圖彖處理等)都町以通過轉化成為數值問題來交給計算機處理, 但是一個可以使用計算機解決的問題應該被定義為“可以在有限步驟內被解決的問 題”，故哥德巴赫猜想這樣的問題是不屬于“可計算問題”之列的，因為計算機沒 有辦法給出數學意義上的證明，因此也沒有任何理由期待計算機能解決世界上所有 的問題。⑶計算模型：① 波斯特計算模型：從計算的本質上描述計算性，是純代數形式。② 圖靈計算模型：從計算過程上描述和計算性，是圖形化的形式。⑷圖靈機：用于存 儲控制器4馮?諾依曼模式(1) 什么是馮?諾依曼模式？馮?諾依曼模式是一種思想，現代計算機體系在此建立。馮?諾依曼提出的存儲程 序的方法，就是設計一個包JS存儲部件和出路部件的機器，程序存儲在存儲部件屮, 處理部件按照存儲的程序有條不紊地執(zhí)行。計算機科學界把采用0、1符號編碼方 法和存儲程序方法設計的計算機稱為馮?諾依曼計算機。(2) 馮?諾依曼體系結構① 采用存儲程序方式，指令和數據不加區(qū)別混合存儲在同一?個存儲器中(數據和 程序在內存中是沒有區(qū)別的，它們都是內存中的數據，當EIP指針指向哪,CPU 就加載那段內存中的數據，如果是不正確的指令格式，CPU就會發(fā)工錯誤中斷。 在現在CPU的保護模式中，每個內存段都英描述符，這個描述符記錄著這個內 存段的訪問權限(可讀，可寫，可執(zhí)行)。這就變相的指定了哪些內存中存儲的 是指令，哪些是數據。指令和數據都可以送到運算器進行運算，即山指令組成 的程序是可以修改的。② 存儲器是按地址訪問的線性編址的一維結構，每個單元的位數是同定的。③ 指令由操作碼和地址組成。操作碼指明本指令的操作類型，地址碼指明操作數 和地址。操作數本身無數據類型的標志，它的數據類型由操作碼確定。④ 通過執(zhí)行指令直接發(fā)出控制信號控制計算機的操作。指令在存儲器中按其執(zhí)行 順序存放，由指令計數器指明要執(zhí)行的指令所在的單元地址。指令計數器只有 一個，一般按順序遞增，但執(zhí)行順序可按運算結果或當時的外界條件而改變。⑤ 以運算器為小心，I/O設備與存儲器間的數據傳送都要經過運算器。⑥ 數據以二進制表示。5現代計算機的體系結構(一)碩件系統(tǒng)：構成計算機系統(tǒng)的所有物理器件、部件、設備以及相應的工作原理與設 計、制造、檢測等技術的總稱。馮?諾依曼結構體系吧硬件分成4個功能部分：CPU、 存儲器、輸入輸出設備、總線。(1) 硬件的組成：硬件設備(CPU、磁盤、鍵盤、鼠標、顯示器等)和硬件結構。(2) 鎖件設備和鎖件結構的關系：破件設備是基礎，硬件結構是關鍵。⑶總線：是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導線紐成的傳 輸線束，按照計算機所傳輸的信息種類，計算機的總線可以劃分為數據總線、地 址總線和控制總線，分別用來傳輸數據、數據地址和控制信號。總線是一種內部結 構，它是CPU、內存、輸入、輸出設備傳遞信息的公用通道，主機的各個部件通過 總線相連接，外部設備通過相應的接口電路再與總線相連接，從而形成了計算機破 件系統(tǒng)。在計算機系統(tǒng)中，各個部件之間傳送信息的公共通路叫總線，微型計算機 是以總線結構來連接各個功能部件的。(4)幾種硬件結構(總線結構)① 面向CPU的單總線結構：⑸幾種硬件設備① CPU：中央處理器，是一臺計算機的運算核心和控制核心。CPU、內部存儲器和 輸入/輸出設備是電子計算機三大核心部件。其功能主要是解釋計算機指令以 及處理計算機軟件中的數據。CPU由運算器、控制器和寄存器及實現它們Z間 聯系的數據、控制及狀態(tài)的總線構成。差不多所有的CPU的運作原理可分為四 個階段：提取、解碼、執(zhí)行和寫回。CPU從存儲器或高速緩沖存儲辭中収出指 令，放入指令寄存器，并對指令譯碼，并執(zhí)行指令。所謂的計算機的可編程性 主要是指對CPU的編程。CPU包括運算邏輯部件、寄存器部件和控制部件等。 運算邏輯部件，可以執(zhí)行定點或浮點算術運算操作、移位操作以及邏輯操作， 也可執(zhí)行地址運算和轉換。寄存器部件，包括通用寄存器、專用寄存器和控制 寄存器。控制部件，主要是負責對指令譯碼，并且發(fā)出為完成每條指令所要執(zhí) 行的各個操作的控制信號。其結構有兩種：一種是以微存儲為核心的微程序控 制方式；一種是以邏輯碩布線結構為主的控制方式。有的時候，中央處理器中 還有一些緩存，用來暫時存放一些數據指令，緩存越人，說明CPU的運算速度 越快。② 內存：內存是計算機中重要的部件它是為CPU進行溝通的橋梁。計算機 中所冇程序的運行都是在內存中進行的，因此內存的性能對計算機的影響非常 人。內存也被稱為內存儲器，具作用是用于暫時存放CPU屮的運算數據，以 及與硬盤等外部存儲器交換的數據。只要計算機在運行屮， 關?鍵?詞： 計算機科學 導論 論文 684413422

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總結

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