計算機導論結(jié)業(yè)論文.pdfVIP

1 計算科學導論結(jié)業(yè)論文 黃路路 計算機科學與軟件學院 112 班 112436 摘要 本文采用簡潔的語言淺顯扼要的講解了計算機的系統(tǒng)理論知識 起拋磚引玉的作用 本文核心知識 共包含四大部分 計算理論 計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 信息的表示 計算科學與 C 語言的鏈接 希望這篇論文 能引導同學們對計算機產(chǎn)生濃厚興趣并為同學們指明計算機學科學習的方向 關(guān)鍵字 算法計算機科學存儲器程序軟件馮 諾伊曼模型二進制表示法像素視頻小數(shù) 整數(shù)浮點數(shù)中央處理單元字節(jié)位模式 1 引言 歡迎分享本文 你將從這里了解更多的計算機專業(yè)知識和技能 計算機網(wǎng) 絡是一個充滿了挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇的年輕學科 計算機應用機器及系統(tǒng)給現(xiàn)今社 會帶來了巨大的方便 它在我們的生活中已越來越重要 現(xiàn)在讓我們一起走進 計算機的世界了解它的原理和性能 深入了解它 應用它吧 2 計算理論 1 機器計算的思想 計算是人類長久的活動 從古時候的結(jié)繩而治 鬼谷論 孫子剩余定理等 到現(xiàn)在高速發(fā)展的計算科學領(lǐng)域無不說明這一點 后來 人類又通過模擬替代 的表達形式確立了機器計算的思想 隨后出現(xiàn)的算盤 機械式計算機等原始的 計算機器更彰顯了勞動人民偉大的計算智慧 就這樣 機器計算向計算機進化 計算機科學時代到來了 2 可計算性與計算模型 A 可計算性 2 生活中的問題一般可以分為兩類 可解問題或不可解問題 無法用計算機 解決的問題我們稱為不可解問題 該問題不具有可計算性 而能夠被計算機解 決的問題稱為可解問題 這樣的問題具有可計算性 兩者的區(qū)別是判斷出是否 能用計算機解決 這個判斷過程由人來進行 B 計算模型 兩種典型的計算模型 波斯特的計算模型和圖靈的計算模型 A 波斯特的 計算模型 從計算的本質(zhì)上描述可計算性 是純代數(shù)形式 B 圖靈的計算模型 圖 靈機 從計算的過程上描述可計算性 是圖形形式 圖靈的計算模型是現(xiàn)代計 算機設(shè)計的思想來源 3 計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1 馮 諾依曼模型 馮 諾依曼模型著眼于計算機 黑盒 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 定義了處理過程 它 主要基于三個想法 首先是四個子系統(tǒng) 包括用來存儲數(shù)據(jù)的區(qū)域 存儲器 進行計算和邏輯操作的地方 算術(shù)邏輯單元 對存儲器 算術(shù)邏輯單元 輸 入 輸出等子系統(tǒng)的操作進行控制的單元 控制單元 以及與外部進行數(shù)據(jù)交 換的單元 輸入輸出單元 其次是在此基礎(chǔ)上進行存儲程序 程序控制的操 作 以此為計算方法設(shè)計的計算模型 馮 諾依曼模型的主要特征在于存儲程序的概念 盡管早期的計算機沒有 使用這種模型 但它還是使用了程序的概念 馮 諾依曼模型新定義了編程術(shù) 語的新概念 而存儲程序 程序控制正是馮 諾依曼模型的核心 在圖靈機的 奠基下出現(xiàn)的馮 諾依曼模型正是現(xiàn)今社會所使用的計算機的核心系統(tǒng)理論 讓我們一起緬懷先知 接過先知智慧的接力棒向科學更高峰攀登吧 3 以下是計算機的結(jié)構(gòu)原理示意圖 2 硬件系統(tǒng) 構(gòu)成計算機的實體及其連接稱為硬件 硬件由硬件設(shè)備和硬件結(jié)構(gòu)組成 其中硬件設(shè)備是基礎(chǔ) 硬件結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵 并且硬件結(jié)構(gòu)的作用最大 A 硬件結(jié)構(gòu) 硬件結(jié)構(gòu)是總線結(jié)構(gòu) 它有三種 A 面向 CPU 的單總線結(jié)構(gòu) B 面向內(nèi)存 的單總線結(jié)構(gòu) C 面向內(nèi)存的雙總線結(jié)構(gòu) 輸 入 接口 控制器 存儲器 運算器 輸出 接口 4 B 硬件設(shè)備 硬件設(shè)備由 CPU 存儲器 非存儲設(shè)備構(gòu)成 中央處理單元 CPU 用于數(shù)據(jù) 的運算 它是計算機的大腦 控制管理計算機系統(tǒng) 實現(xiàn)運行程序和管理外設(shè) 的功能 存儲器分為內(nèi)存和外存 硬盤 內(nèi)存有兩種類型 隨機存取存儲器 RAM 和只讀存儲器 ROM 外存常指磁介質(zhì)存儲設(shè)備 磁盤和光存儲 設(shè)備 光盤 外存僅僅存儲數(shù)據(jù) 3 軟件系統(tǒng) 軟件是使得硬件能夠正常工作的程序的集合 它的原始概念是 為了運行 管理 維護計算機系統(tǒng)所編制的程序的綜合 而現(xiàn)在它的更新概念是 為了運 行管理 維護計算機系統(tǒng)所編制的程序的總和 以及在這些程序開發(fā)過程中所 用到的一切文檔資料 軟件分為起管理 維護作用的系統(tǒng)軟件 應用軟件 游戲軟件和作為軟件 開發(fā)工具的支撐軟件 作為計算機專業(yè)學習者 我們應考慮市場需求及科研價 值去開發(fā)新軟件推動計算機行業(yè)乃至全社會的進步 繁榮 4 信息的表示 1 二進制的表示方法 眾所周知 在機器內(nèi)部所有的信息都是用二進制表示的 可為什么用二進制呢 二進制表示有哪些優(yōu)勢呢 首先二進制運算簡單 二進制以 2 為基數(shù) 只有三條運算規(guī)則 便于計算 機進行簡單的運算操作 其次 二進制具有物理易實現(xiàn)性 因為二進制中只有 0 和 1 兩種數(shù)符 更易于用數(shù)學中的邏輯值 0 和 1 以物理狀態(tài)模擬出來進行存儲 和操作 最后二進制節(jié)約寄存器材 表達同一個數(shù)二進制更節(jié)約存儲使用的器 5 材 三進制最節(jié)省器材 但三進制在其他兩方面不如二進制 故選用二進制 2 數(shù)值信息的機內(nèi)表示 數(shù)值信息指的是數(shù)碼 數(shù)字 字母等字符 正負號 小數(shù)點 A 數(shù)碼 數(shù)碼是由相應的數(shù)碼對應 ASC 代碼譯為十進制再兌換為二進制進行存儲 并表示 B 正負號 正負號的表示是在把正負號符號位數(shù)碼化 使用反碼或補碼的方式加以表 示 C 小數(shù)點的機內(nèi)表示 首先 必須說明的是二進制數(shù)符表示兩個狀態(tài) 它不能表示小數(shù)點的具體 位置 因此小數(shù)點不能用二進制表示 小數(shù)點也有兩種表示方法 A 定點表示 法 即把小數(shù)點固定在最高位之前或最低位之后 再把小數(shù)放置進去 最后用 比例因子記下其移動的位數(shù) B 浮點表示法 用復乘的方法把小數(shù)位轉(zhuǎn)化為整數(shù) 再進行存儲 浮點表示法表示數(shù)的范圍比較大 3 非數(shù)值信息的機內(nèi)表示 非數(shù)值信息的機內(nèi)表示采用的是編碼理論 A 字符的表示 字符用 ASC 碼進行數(shù)值轉(zhuǎn)換后再在機內(nèi)表示 B 圖像的表示 現(xiàn)在 圖像在計算機中有兩種表示方法 位圖圖形和矢量圖形 A 位圖圖 形中 圖像被分成像素矩陣 每個像素是一個小點 像素的大小取決于分辨率 6 然后把每一個像素賦值為位模式 由 0 和 1 分別表示白像素和黑像素 黑白照 一個點就是一個字節(jié) 彩照每個點用三個字節(jié) 最后位模式被一個接一個記錄 并存儲在計算機中 B 矢量圖形中 將圖像分解成曲線和直線的組合 其中每一 個曲線或直線由數(shù)學公式表示 這些公式的組合被存儲在計算機中 矢量圖形 的好處是可以隨意放大或縮小圖形 C 聲音的機內(nèi)表示 聲意的機內(nèi)表示采用 采樣 技術(shù) 把采樣值量化轉(zhuǎn)為位模式存儲起來 當采樣頻率大于等于二倍信息頻率時就能保證很好的保真度 D 漢字的機內(nèi)表示 漢字是三級結(jié)構(gòu)字 詞 句 其中字是基本單位 并且大部分字都是多音 節(jié)的 漢字在機內(nèi)表示分為機內(nèi)碼和字模碼兩種 機內(nèi)碼浪費器材并不易操作 而字模碼往往比較慢 因此漢字的機內(nèi)表示具有很大的研發(fā)空間 漢字在機器 中的極限是由存儲空間及漢字的輸入問題限制的 漢字的輸入方式主要有 A 漢 字編碼 B 光電掃描 C 聲音輸入 輸入限制指的是編碼輸入中的同碼問題以及光 電 聲控中的辨別問題 延續(xù)了幾千年的漢字是我們中華名族的驕傲 讓我們 一起努力更好的解決這些問題 讓漢字的應用更完美吧 5 計算機科學與 C 語言鏈接 1 程序的生成 首先在文本編輯器上編輯程序代碼 輸入編輯器的文件稱為源文件 然后 通過編譯器對源程序進行處理和翻譯 最后生成目標程序 一個源程序可以生 成多個目標程序 2 C 語言的編譯特點 7 C 語言是一種常見的過程化語言 該語言被絕大多數(shù)程序員認為是幾種現(xiàn)代 語言如 C Java PERL 的始祖 C 語言有 32 個關(guān)鍵字 9 種控制語句 34 種表達式 以及擁有眾多可調(diào)用函數(shù)的函數(shù)庫 函數(shù)是 C 語言程序的基本單位 編程中 bit 為一個二進制位 byte 為八個二進制位 C 語言可對 bit 和 byte 進 行直接操作 因此 C 語言既有高級語言的特點又有高級語言的特點 3 程序設(shè)計的核心步驟 程序 算法 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 程序設(shè)計方法 語言工具和環(huán)境 編程的四個步驟 A 分析階段 進行問題分析 建立數(shù)學模型 對用戶 要求 方法進行定 義并分析出來 B 設(shè)計階段 進行算法設(shè)計 使任務模塊化并分解為特定操作 然后設(shè)計 流程圖形象的去表達算法 C 實現(xiàn)階段 程序編制 用程序設(shè)計語言把算法編為程序 D 測試階段 使用黑盒測試和白盒測試的方法去檢驗程序 6 知識小結(jié) 計算理論1 機器計算的思想 2 可計算性和計算模型 8 1 馮 諾依曼模式 計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2 硬件系統(tǒng) CPU 存儲器 輸入 輸出 3 軟件系統(tǒng) 軟件概念 軟件分類 1 二進制的表示方法 信息的表示2 數(shù)值信息的機內(nèi)表示 數(shù)碼 正負號 小數(shù)點 3 非數(shù)值信息的機內(nèi)表示 字符 圖像 聲音 漢字 1 程序的生成 9 計算科學與 C 語言的鏈接2 C 語言的編譯特點 3 程序設(shè)計的核心步驟 7 結(jié)束語 現(xiàn)今社會 計算機發(fā)展瞬息萬變 計算機在社會中的作用也越來越越大 作為計算機專業(yè)設(shè)計人員 我們要善于學習和創(chuàng)新 把握計算機發(fā)展動向 去 努力學習 開拓創(chuàng)新 適應社會 造福