計算科學導論結業論文

(黃路路 計算機科學與軟件學院112班 112436)

摘要 本文采用簡潔的語言淺顯扼要的講解了計算機的系統理論知識，起拋磚引玉的作用。本文核心知識

：

共包含四大部分：計算理論、計算機的系統結構、信息的表示、計算科學與C語言的鏈接。希望這篇論文

能引導同學們對計算機產生濃厚興趣并為同學們指明計算機學科學習的方向。

關鍵字 算法 計算機科學 存儲器 程序 軟件 馮·諾伊曼模型 二進制表示法 像素 視頻 小數

：

整數 浮點數 中央處理單元 字節 位模式

1 引言

歡迎分享本文！你將從這里了解更多的計算機專業知識和技能。計算機網

絡是一個充滿了挑戰和發展機遇的年輕學科。計算機應用機器及系統給現今社

會帶來了巨大的方便，它在我們的生活中已越來越重要。現在讓我們一起走進

計算機的世界了解它的原理和性能，深入了解它、應用它吧！

2 計算理論

1) 機器計算的思想

計算是人類長久的活動，從古時候的結繩而治、鬼谷論、孫子剩余定理等，

到現在高速發展的計算科學領域無不說明這一點。后來，人類又通過模擬替代

的表達形式確立了機器計算的思想。隨后出現的算盤、機械式計算機等原始的

計算機器更彰顯了勞動人民偉大的計算智慧。就這樣，機器計算向計算機進化，

計算機科學時代到來了！

2) 可計算性與計算模型

A 可計算性

1

生活中的問題一般可以分為兩類：可解問題或不可解問題。無法用計算機

解決的問題我們稱為不可解問題，該問題不具有可計算性；而能夠被計算機解

決的問題稱為可解問題，這樣的問題具有可計算性。兩者的區別是判斷出是否

能用計算機解決，這個判斷過程由人來進行。

B 計算模型

兩種典型的計算模型：波斯特的計算模型和圖靈的計算模型。A 波斯特的

計算模型：從計算的本質上描述可計算性，是純代數形式。B 圖靈的計算模型(圖

靈機)：從計算的過程上描述可計算性，是圖形形式。圖靈的計算模型是現代計

算機設計的思想來源。

3 計算機的系統結構

1) 馮·諾依曼模型

馮 ·諾依曼模型著眼于計算機 (黑盒)的內部結構，定義了處理過程。它

主要基于三個想法。首先是四個子系統：包括用來存儲數據的區域──存儲器，

進行計算和邏輯操作的地方──算術邏輯單元，對存儲器、算術邏輯單元、輸

入/輸出等子系統的操作進行控制的單元──控制單元，以及與外部進行數據交

換的單元──輸入輸出單元。其次是在此基礎上進行存儲程序、程序控制的操

作，以此為計算方法設計的計算模型。

馮 ·諾依曼模型的主要特征在于存儲程序的概念。盡管早期的計算機沒有

使用這種模型，但它還是使用了程序的概念。馮 ·諾依曼模型新定義了編程術

語的新概念，而存儲程序、程序控制正是馮 ·諾依曼模型的核心。在圖靈機的

奠基下出現的馮 ·諾依曼模型正是現今社會所使用的計算機的核心系統理論，

讓我們一起緬懷先知，接過先知智慧的接力棒向科學更高峰攀登吧！

2

以下是計算機的結構原理示意圖：

輸 入 控制器 輸出

接口 接口

存儲器

運算器

2) 硬件系統

構成計算機的實體及其連接稱為硬件。硬件由硬件設備和硬件結構組成，

其中硬件設備是基礎，硬件結構是關鍵，并且硬件結構的作用最大。

A 硬件結構

硬件結構是總線結構，它有三種：A 面向CPU 的單總線結構；B 面向內存

的單總線結構；C面向內存的雙總線結構。

3

B 硬件設備

硬件設備由CPU、存儲器、非存儲設備構成。中央處理單元CPU 用于數據

的運算，它是計算機

總結

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