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 括硬件系統和軟件系統兩大部分。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?？梢哉J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 可以執行。一個算法就是一個冇窮規則的集合，為重的規則規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 執行性奠定了用計算機執行算法的基礎。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 通過執行指令直接發出控制信號控制計算機的操作。指令在存儲器中按其執行 順序存放，由指令計數器指明要執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：構成計算機系統的所有物理器件、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。在計算機系統中，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?？刂撇考?#xff0c;主要是負責對指令譯碼，并且發出為完成每條指令所要執 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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