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从图灵机到冯诺依曼体系结构让你知道什么才是计算机?

什么是计算机?

  • 一种高速运行的电子设备
  • 用于进行数据的算术或者逻辑运算
  • 可接受输入信息
  • 根据用户要求对信息进行加工
  • 输出结果

计算机的层次结构

我们从计算机语言角度出发,把计算机系统划分成多级层次结构,每一层以一种语言为特征。

什么是图灵机?

在图灵机之前人们也设计过计算机,但是每一种计算机只适合解决一种问题,也就是说如果我们需要解决10种问题,那么需要设计10台计算机,图灵提出了“通用”计算机的概念,它可以执行任何一个描述好的程序(算法),实现需要的功能,形成了“可计算性”概念的基础。

存储程序的思想,使计算机从专用走向通用。正是这一创新,开创了计算机的新时代。

图灵机特点(图灵机是一台可以存储的计算机)

  • 通用计算机:确定了现代计算机的理论基础。
  • 存储程序计算机:问题的求解由程序或过程给出,程序和过程可以通过语言描述。
  • 有限速度:计算机执行程序的时间是有限的。
  • 有限空间:计算机程序的存放空间和数据存放空间也是有限的。
  • 奠定了现代计算机的理论基础。

冯诺依曼结构

冯诺伊曼体系结构是现代计算机结构的鼻祖,直到现在任何的计算机都存在这五个结构:

输入设备:信息进入计算机的设备,比如键盘和鼠标

输出设备:将计算结果展示给用户的设备,如显示器、磁盘、打印机、喇叭等等

存储器:存放运行时程序及其所需要数据的场所

运算器:完成算术和逻辑运算,通常包含其中的寄存器。

控制器:CPU的组成成分,它根据程序指令来指挥运算器,存储器以及I/O运行,完成程序功能。

冯诺依曼体系结构的特点:

  • 现代计算机结构的鼻祖:五大功能部件
  • 将程序和数据统一表示:存储器有4096个字,每个字40位。
  • 采用二进制数据:简化了存储器
  • 只提供整数运算:任何有能力的数学家都能在头脑中记住小数点的位置。
  • 第一台VonNeumann计算机:EDSAC
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