计算机科学导论学习课件教学课件PPT.ppt
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1、计算机科学导论,夏军宝 ,-2-,课程介绍,性质:必修课 课时:64学时,48学时讲课,16学时上机 教学内容: 本课程是计算机科学体系框架的入门课程,系统介绍数据表示与运算、计算机硬件、计算机软件、数据组织与抽象、高级论题等计算机各学科领域基础知识。 重点讲解计算机科学知识的基础,铺设进一步深入专业理论学习的桥梁,强调基础概念,并不涉及数学模型和技术细节 课程考核 期末闭卷考试成绩70%,平时成绩占30%,-3-,课程教学内容,第1章 绪论 第2章 数字系统 第3章 数据存储 第4章 数据运算 第5章 计算机组成 第6章 计算机网络 第7章 操作系统 第8章 算法 第9章 程序设计语言,-4
2、-,课程教学内容,第10章 软件工程 第11章 数据结构 第12章 抽象数据类型 第13章 文件结构 第14章 数据库 第15章 数据压缩 第16章 安全 第17章 计算理论 第18章 人工智能,第 01 章 绪论,-6-,本章内容安排,图灵模型 冯.诺伊曼模型 计算机组成 历史 社会问题和道德问题 计算机科学,-7-,图灵模型,Alan Turing(阿兰.图灵)在1937年首次提出一种通用计算设备的设想 所有的计算都可能在一种特殊的机器上执行(图灵机) 进行了数学上的描述,主要目标并不是建造一台真实的机器,-8-,1、数据处理器,在讨论图灵模型之前,将计算机定义为数据处理器 计算机是一个接
3、收输入数据、处理数据并产生输出数据的黑盒 该模型过于宽泛,按照该模型定义,计算器也可以算做一种计算机,-9-,2、可编程数据处理器,图灵模型是一种适用于通用计算机的模型 该模型增加了额外的元素:程序 程序是用来告诉计算机对数据进行处理的指令集合 输出数据依赖于两方面因素,即输入数据和程序,-10-,相同程序、不同数据,-11-,相同数据、不同程序,-12-,3、通用图灵机,通用图灵机是对现代计算机的首次描述 该机器只要提供了合适的程序就能做任何运算 可以证明:通用图灵机和一台功能强大的计算机能够进行同样的运算 通用图灵机能做任何可计算的运算。,-13-,本章内容安排,图灵模型 冯.诺伊曼模型
4、计算机组成 历史 社会问题和道德问题 计算机科学,-14-,冯.诺伊曼模型,冯.诺伊曼模型是现代计算机的基础模型 构成计算机的4大子系统 存储程序 指令的顺序执行,-15-,1、4大子系统,冯.诺依曼模型定义了四个子系统 存储器 算术逻辑单元 控制单元 输入输出单元,-16-,4大子系统,-17-,存储器,存储器在计算机处理过程中用来存储数据和程序,-18-,算术逻辑单元和控制单元,ALU(算术逻辑单元) 用来进行计算和逻辑操作的地方。 控制单元 用来控制存储器、算术逻辑单元和输入输出等子系统,使其协调工作。 CPU(中央处理器) 现代计算机通常将ALU和控制单元被集成在CPU中,被称为计算机
5、的心脏,-19-,输入/输出,输入子系统负责从计算机外部接收输入数据和程序。输出子系统 负责将计算机的处理结果输出到计算机外部。,-20-,2、存储程序的概念,冯.诺依曼模型要求程序必须存储在存储器中,早期的计算机只将数据存储在存储器中,执行程序通过操作开关或改变配线完成。 现代计算机的存储器主要用来存储程序和数据。程序和数据都以二进制(0和1的序列)模式存储在存储器中。,-21-,3、指令的顺序执行,冯.诺依曼模型中的一段程序是由一组数量有限的指令组成 控制单元从内存中提取指令、解释指令、执行指令;指令按照顺序执行 一条指令可能会请求跳转到前面或后面的某个地方去执行,跳转后仍然会顺序执行。,
6、-22-,本章内容安排,图灵模型 冯.诺伊曼模型 计算机组成 历史 社会问题和道德问题 计算机科学,-23-,计算机组成,计算机系统由3大部分构成 计算机硬件 数据 计算机软件,-24-,计算机硬件和数据,计算机硬件基于冯.诺伊曼模型,包含4大子系统 在第5章详细讨论 数据 冯.诺依曼模型将计算机定义为数据处理机,接收输入数据,处理并输出结果,-25-,数据,存储数据 冯.诺伊曼模型没有定义数据如何存储在计算机中 对于电子计算机,最好的存储方式应该是电子信号(出现与消失),计算机可以以两种状态之一的形式来存储数据(0或1) 文本、图像、声音等数据不能直接存储到计算机内部,必须将它们转换成合适的
7、形式(0、1序列)才能存储到计算机中 数据组织 数据并不是无序组织的,数据被组织成许多小的单元,再由这些小的单元组织成更大的单元。,-26-,计算机软件,冯.诺依曼模型的主要特征在于存储程序。早期的计算机没有使用这一模型,但也使用了程序的概念,编程体现在对系统开关的开闭和配线的改变。 冯.诺依曼模型改变了编程的概念。基本的两个方面是存储程序和程序由指令序列构成。,-27-,40年代的编程,编程体现为对系列开关的开闭和配线的改变,-28-,1、必须存储程序,程序和数据都必须存储在存储器中。,-29-,2、指令序列,程序必须是有序的指令集。 每条指令操作一个或多个数据项。 指令集是有限的。图灵和冯
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