第4讲-大学计算机第4讲-冯-诺依曼计算机器-执行题库.pptx

图灵机的思想与模型简介;图灵(Alan Turing, 1912~1954)，出生于英国伦敦，19 岁入剑桥皇家学院，22 岁当选为皇家学会会员。 1937 年，发表了论文《论可计算数及其在判定问题中的应用》，提出了图灵机模型，后来，冯·诺依曼根据这个模型设计出历史上第一台电子计算机。 1950 年，发表了划时代的文章：《机器能思考吗?》,成为了人工智能的开山之作。 计算机界于1966年设立了最高荣誉奖：ACM图灵奖。;所谓计算就是计算者(人或机器)对一条两端可无限延长的纸带上的一串0或1，执行指令一步一步地改变纸带上的0或1，经过有限步骤最后得到一个满足预先规定的符号串的变换过程。;图灵机的思想 是关于数据、指令、程序及程序/指令自动执行的基本思想。 输入被制成一串0和1的纸带，送入机器中----数据。如00010000100011… 机器可对输入纸带执行的基本动作包括：“翻转0为1”，或 “翻转1为0”, “前移一位”, “停止”。 对基本动作的控制----指令，机器是按照指令的控制选择执行哪一个动作，指令也可以用0和1来表示：01表示“翻转0为1”(当输入为1时不变)，10表示“翻转1为0”(当输入0时不变), 11表示“前移一位”, 00表示“停止”。 输入如何变为输出的控制可以用指令编写一个程序来完成, 如: 011110110111011100… 机器能够读取程序，按程序中的指令顺序读取指令， 读一条指令执行一条指令。由此实现自动计算。;;几点结论: 图灵机是一种思想模型，它由一个控制器(有限状态转换器)，一条可无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读写头构成。 图灵认为图灵机可以用有限的、机械的步骤解决具体的计算问题，这些步骤称为“算法”。 ;几点结论(续): 为设计计算机（硬件）指明了方向；为算法和程序设计（软件）提供了理论依据；----计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。图灵机是一种离散的、有穷的、构造性的问题求解思路，一个问题的求解可以通过构造其图灵机(即程序)来解决。 图灵认为：凡是能用算法方法解决的问题也一定能用图灵机解决; 凡是图灵机解决不了的问题任何算法也解决不了----图灵可计算性问题。;;冯.诺依曼计算机: 思想与构成;1944~1945年间，冯.诺伊曼提出 “存储程序”的计算机设计思想， 并进行了实践，现代计算机普遍来 讲属于冯.诺伊曼机体系。 冯.诺伊曼机的基本思想： 运算和存储分离 存储程序：指令和数据以同等地位事先存于存储器, 可按地址寻访, 连续自动执行。 五大部件构成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备 指令和数据用二进制表示，指令由操作码和地址码组成 以运算器为中心，控制器负责解释指令，运算器负责执行指令;以运算器为中心的冯.诺依曼计算机构成图;以存储器为中心的现代计算机构成图;运算器;CPU：中央处理单元(Central Process Unit)，将运算器和控制器集成在一块芯片上，形成微处理器。 CPU、主存储器、I/O设备及总线成为现代计算机的四大核心部件。;;自动存取：存储器的工作原理;自动存取：存储器的工作原理 (1)什么是存储器? ;自动存取：存储器的工作原理 (2)主存储器地址访问方式;;机器指令与机器级程序;机器指令与机器级程序 (1)如何计算一个运算式?;机器指令与机器级程序 (2)算法;000001 00000100 00机器指令与机器级程序 (4)怎样用机器指令表达算法? ;;高级语言程序的示例 计算ax2+bx+c 其中a,x,b,c是变量。 变量的地址是由编译程序在编译 过程中自动分配的，也即是说编 译器根据当时编译的情况，分配 a,x,b,c为8号，9号，10号，11号 存储单元，并产生上述的机器指 令程序;机器指令与机器级程序 (7)小结?;机器级程序的执行过程模拟;;;;;;;;;;机器级程序的执行过程模拟 (7)小结?