第二章计算机的基本原理.pptVIP

第二章 计算机的基本原理（一） 问题的提出： 计算机的发明必须具备哪些条件？ 人是如何进行计算的？ 要使机器能进行“自动计算”必须解决那些问题？ 解决机器“自动计算”问题至少要解决 数据的表示——数据表示模型 数据的存储——数据存储模型 数据的运算——计算模型 自动的执行——冯 诺依曼原理 第二章 计算机的基本原理 学习目的和要求： 1.了解自动计算和图灵机原理 2.理解计算机中数字系统及其表示 3.熟悉计算机运算、存储和控制功能的逻辑实现 4.理解冯·诺依曼原理与存储程序式计算机的基本结构 5.知道计算机指令系统 6.了解计算机软件系统 第二章 计算机的基本原理（一） 计算模型与图灵机 计算模型:计算模型是刻划计算这一概念的一种抽象的形式系统或数学系统 。 算法：算法是对计算过程步骤（状态）的一种刻划，是计算方法的一种可行实现方式。 凡是能用算法方法解决的问题，也一定能用这些计算模型解决；反之计算模型解决不了的问题，任何算法也解决不了。 计算模型之间在能力上是等价的 图灵机就是一个计算模型。它更接近普通人计算的思想方法，又因其好用而被现代计算机的研究开发者所采纳为计算机的计算模型。 图灵机 可形式化地描述为： 图灵机是一个五元组：{K,∑,δ,s,H}； K是一个有穷个状态的集合； ∑是字母表，即符号的集合：{0,1，*}； δ是转移函数，即控制器的规则集合； s∈K,是初始状态； H∈K,是停机状态： 例1、设计一台可以计算“x+1”的图灵机。（见P17－19） 状态集合K:{start, add ,carry, noncarry, overflow, return, halt} 字母表∑：{0,1,*} 初始状态s：start 状态编码 停机状态H：halt 状态 编码 规则集合δ： start 0101 add 0110 字母表编码 cary 0111 符号 编码 noncary 1000 0 0000 overflow 1001 1 0001 run 1010 * 0010 halt 1011 读写头动作编码 动作 编码 Left 0011 Right 0100 从图灵机认识计算机（自动计算机）的结构组成 必须告诉计算机要做什么——输入子系统 如真的会自动计算应该把结果告诉人——输出子系统 输入后应该有存放数据等的地方——存储器问题 要实现自动计算应该有一个能按顺序执行的运算部件问题 数据如何表示 计算问题 第一推动力和持续推动力 从理论模型原理上来认识计算机为什么会“自动计算” 解决数据的表示——计算机只认识“二进制”即｛0、1｝ 数据的表示 有关进制及互相转换问题 数的进制与各进制间的转换 数的进制：人们为了记数的方便和计算，创造了各种“权值”（即逢“几”进一）的记数方法，这些方法就称为数的进制。 十进制： 二进制： 八进制： 十六进制： …… P进制： p进制： N= an pn+an-1pn-1+···+a1p1+a0p0+a-1p-1+a-2p-2+···+a-mp-m 其中 p为正整数，ai 是0，1，2，…，（p-1）这p个数中的任一个，m、n是正整数。 十进制和二进制 十进制系统 十进制的表示方法 243＝2×102＋4×101＋3×100 二进制系统 二进制的表示方法 (243)10＝1×27＋1×26＋1×25＋1×24＋0×23＋ 0×22＋1×21＋1×20=2 二进制数 当符号“0”和符号“1”分别表示数字0和数字1时，就可以构造