计算科学导论结业论文

(黄路路 计算机科学与软件学院112班 112436)

摘要 本文采用简洁的语言浅显扼要的讲解了计算机的系统理论知识，起抛砖引玉的作用。本文核心知识

：

共包含四大部分：计算理论、计算机的系统结构、信息的表示、计算科学与C语言的链接。希望这篇论文

能引导同学们对计算机产生浓厚兴趣并为同学们指明计算机学科学习的方向。

关键字 算法 计算机科学 存储器 程序 软件 冯·诺伊曼模型 二进制表示法 像素 视频 小数

：

整数 浮点数 中央处理单元 字节 位模式

1 引言

欢迎分享本文！你将从这里了解更多的计算机专业知识和技能。计算机网

络是一个充满了挑战和发展机遇的年轻学科。计算机应用机器及系统给现今社

会带来了巨大的方便，它在我们的生活中已越来越重要。现在让我们一起走进

计算机的世界了解它的原理和性能，深入了解它、应用它吧！

2 计算理论

1) 机器计算的思想

计算是人类长久的活动，从古时候的结绳而治、鬼谷论、孙子剩余定理等，

到现在高速发展的计算科学领域无不说明这一点。后来，人类又通过模拟替代

的表达形式确立了机器计算的思想。随后出现的算盘、机械式计算机等原始的

计算机器更彰显了劳动人民伟大的计算智慧。就这样，机器计算向计算机进化，

计算机科学时代到来了！

2) 可计算性与计算模型

A 可计算性

1

生活中的问题一般可以分为两类：可解问题或不可解问题。无法用计算机

解决的问题我们称为不可解问题，该问题不具有可计算性；而能够被计算机解

决的问题称为可解问题，这样的问题具有可计算性。两者的区别是判断出是否

能用计算机解决，这个判断过程由人来进行。

B 计算模型

两种典型的计算模型：波斯特的计算模型和图灵的计算模型。A 波斯特的

计算模型：从计算的本质上描述可计算性，是纯代数形式。B 图灵的计算模型(图

灵机)：从计算的过程上描述可计算性，是图形形式。图灵的计算模型是现代计

算机设计的思想来源。

3 计算机的系统结构

1) 冯·诺依曼模型

冯 ·诺依曼模型着眼于计算机 (黑盒)的内部结构，定义了处理过程。它

主要基于三个想法。首先是四个子系统：包括用来存储数据的区域──存储器，

进行计算和逻辑操作的地方──算术逻辑单元，对存储器、算术逻辑单元、输

入/输出等子系统的操作进行控制的单元──控制单元，以及与外部进行数据交

换的单元──输入输出单元。其次是在此基础上进行存储程序、程序控制的操

作，以此为计算方法设计的计算模型。

冯 ·诺依曼模型的主要特征在于存储程序的概念。尽管早期的计算机没有

使用这种模型，但它还是使用了程序的概念。冯 ·诺依曼模型新定义了编程术

语的新概念，而存储程序、程序控制正是冯 ·诺依曼模型的核心。在图灵机的

奠基下出现的冯 ·诺依曼模型正是现今社会所使用的计算机的核心系统理论，

让我们一起缅怀先知，接过先知智慧的接力棒向科学更高峰攀登吧！

2

以下是计算机的结构原理示意图：

输 入 控制器 输出

接口 接口

存储器

运算器

2) 硬件系统

构成计算机的实体及其连接称为硬件。硬件由硬件设备和硬件结构组成，

其中硬件设备是基础，硬件结构是关键，并且硬件结构的作用最大。

A 硬件结构

硬件结构是总线结构，它有三种：A 面向CPU 的单总线结构；B 面向内存

的单总线结构；C面向内存的双总线结构。

3

B 硬件设备

硬件设备由CPU、存储器、非存储设备构成。中央处理单元CPU 用于数据

的运算，它是计算机

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