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一、计算机系统 大学计算机基础 1.1 计算机硬件系统 主要内容 图灵机模型 冯.诺依曼计算机 现代计算机硬件构成 计算机系统的组成 计算机系统=硬件系统+软件系统 系统软件 应用软件 硬 件 由电子线路和机电设备组成的设备实体。 为运行、维护管理、应用计算机所编制的计算机程序。 软 件 计算机系统的组成 计算机系统 硬件 内存 CPU 外 存：软、硬盘、光盘、闪存 外设 主机 运算器 网络设备：网卡、调制解调器等 输入设备：键盘、鼠标、扫描仪 输出设备：显示器、打印机 随机存储器(RAM) 只读存储器(ROM) 控制器 软件 系统软件 应用软件 操作系统：Windows、Unix、Linux 办公软件包、数据库管理系统 专业应用软件 工具软件 服务性程序：诊断程序、排错程序等 语言处理程序：C、C++、Java、VB等 硬 件 操作系统 软 件 用户程序或文档 计算机系统层次结构 作为一个完整的计算机系统，硬件和软件是按一定的层次关系组织起来的。 操作系统向下控制硬件、向上支持软件，所有的其他软件都必须在操作系统的支持下运行。对计算机的操作转化为对操作系统的使用。为软件开发、扩充和使用提供了条件。 引入：人是如何处理事务的呢？ 接收信息 完成结果 计算 控制眼睛、手 记忆数据 计算机也是模仿人来处理事务的 计算机是如何实现按高效运算的？ 计算机的运行原理是什么？ 计算机由哪几部分组成？…… 英国科学家阿兰.图灵 （1912-1954） 图灵机——计算机的理论模型 20世纪30年代，图灵提出了算法的定义，建立了图灵机模型。由于图灵提出的图灵机模型直观形象，用图灵机模型能够解释算法的概念，很快得到了人们的认同。 这也是图灵一生中最大的贡献。 图灵机——计算机的理论模型 什么是图灵机？ 图灵机由一条无限长的磁带、读/写头及控制器构成。控制器内包括控制规则表，它能够通过读/写头对磁带上的符号进行读或写，读写头可以在磁带上左右移动。磁带分成了一个个的小方格，每个方格中可以记录机器字母表里的符号，如0或1等。 图灵机模型 图灵机磁带 图灵机不是一种具体的机器，而是一种理论模型，可用来指导制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置，使得这种机器能够对任何“可计算”的函数进行有效的计算，在有限步内求出函数的计算结果。图灵机模型理论是计算学科最核心的理论之一，图灵机模型是算法分析和程序语言设计的基础，为计算机设计指明了方向。 1946年，世界上公认的第一台电子计算机在美国宾夕法尼亚大学研制成功。 冯·诺依曼计算机 数学家冯·诺依曼根据图灵机的设想提出设计计算机的体系结构。这一结构也称为冯?诺依曼体系结构。 冯·诺依曼计算机主要有三个特点： ① 计算机由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 ② 指令和数据以同等地位存储在主存储器中，并按地址访问、以顺序的方式执行。 ③ 程序和数据以二进制表示。 运算器 输出设备 存储器 控制器 输入设备 数据 指令 结果 现代计算机组成结构 主机 根据冯·诺依曼体系，现代计算机结构主要由运算器、控制器、存储器和输入、输出设备五大部分组成。 计算机硬件组成的变化 随着现代电子技术和计算机技术的不断发展，近年来计算机的硬件组成也有一些变化。 采用双核或多核CPU 设计先进的总线结构 超高速计算机采用平行处理技术 结合对网络功能和服务的设计理念等 图灵的贡献主要有两个：一是建立了图灵机，二是提出了图灵测试、阐述了机器智能的概念。图灵机的概念是现代可计算理论的基础。图灵证明，只有图灵机能解决的计算问题，实际计算机才能解决。 为纪念图灵对计算机科学的贡献，美国计算机协会（ACM）于1966年创立了图灵奖，每年奖给在计算机科学领域中作出贡献的研究人员。被誉为计算机业界和科学界的诺贝尔将。 图灵机就是一个最简单的计算机模型，图灵机将控制处理的规则用0 和1表述，将处理的信息及处理的结果也用0和1表达，处理即是对0和1的变换（可以用机械/电子系统实现）。