计算机科学导论（第三版）——绪论

《计算机科学导论 第三版》贝赫鲁兹·佛罗赞

1.图灵模型

Alan Turing(阿兰·图灵)在1937年首次提出的一个通用计算设备的设想。
图灵机：所有的计算机都可能在一种特殊的机器上运行

1.1 数据处理器

把计算机看成一个数据处理器，那么计算机就被看作是一个接受输入数据、处理数据、产生数据的黑盒。

但这个模型有两个问题：
（1）定义太宽泛了（便携式的计算器也能使计算机）
（2）没有说明它处理的类型以及是否可以处理一种以上的类型

1.2 可编程数据处理器

图灵模型是一个适用于通用计算机的更好模型，该模型添加了一个额外的元素——程序。
程序是用来告诉计算机对数据进行处理的指令集合。

在这个模型中，输出数据是两方面的结果：输入数据与程序：
（1）相同的程序，不同的输入数据
（2）相同的输入数据，不同的程序
（3）相同的输入数据，相同的程序

1.3 通用计算机

通用计算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出任何运算。

2 冯·诺依曼模型

基于通用图灵机建造的计算机都是在存储器中存储数据。在1944-1945期间，冯·诺依曼提出，鉴于程序和数据在逻辑上是相同的，因此程序也能在存储在存储器中。

2.1 4个子系统

基于冯·诺依曼模型的计算机分为4个子系统：存储器、算术逻辑单元、控制单元和输入/输出单元。

1.存储器：用来存储的区域，在计算机处理的过程中，存储器用来存储数据和程序
2.算术逻辑单元（ALU）：进行计算和逻辑运算
3.控制单元：对存储器、算术逻辑单元、输入/输出子系统进行控制操作的单元
4.输入/输出：从计算机外部接收数据和程序；将计算机处理的结果输出到计算机外部

2.2 存储程序的概念

冯·诺依曼模型中要求程序必须存储在内存中。完成某一任务的程序是通过操作一系列的开关或改变其配线来实现的。

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现代计算机的存储单元用来存储程序及其响应的数据。实际上它们都是以位模式（0和1序列）存储在内存中。

2.3 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。按照这个模型，控制单元从内存中提取一条指令，解释指令，接着执行指令。

3 计算机组成部分

计算机硬件、数据和计算机软件

3.1 计算机硬件

基于冯·诺依曼模型的硬件

3.2 数据

冯·诺依曼模型清楚地将一台计算机定义为一台数据处理机。它接收数据，处理数据并输出相应数据。
存储数据：最好的方式是电子信号（笔记三与四中详解）
组织数据（笔记十一与十四中详解）

3.3 计算机软件

图灵模型与冯·诺依曼模型的主要特征是程序的概念。
1.程序必须是存储的。存储器中不仅要存储数据，还要存储程序
2.指令的序列

为什么程序必须由不同的指令级组成？（重用性）
3.算法（笔记八）
4.语言（笔记九）
5.软件工程：结构化程序的设计和编写（笔记十）
6.操作系统：计算机操作系统最初是为程序访问计算机部件提供方便的一种管理程序

4 历史

机械计算机器（1930年以前）

电子计算机的诞生（1930-1950）

1.早期的电子计算机

2.基于冯·诺依曼模型的计算机
对于冯诺依曼模型来说，存储单元不仅仅用来存储数据。
第一台基于冯氏思想的计算机与1950年在宾夕法尼亚大学诞生，名为EDVAC
同此时，英国剑桥制造了同样类型的计算机——EDSAC

ENIAC和EDVAC的建造者均为宾夕法尼亚大学的电气工程师约翰·莫奇利和普雷斯波·艾克特。1944年8月，EDVAC的建造计划就被提出；在ENIAC充分运行之前，其设计工作就已经开始。和ENIAC一样，EDVAC也是为美国陆军阿伯丁试验场的弹道研究实验室研制。
冯·诺伊曼以技术顾问形式加入，总结和详细说明了EDVAC的逻辑设计，1945年6月发表了一份长达101页的报告，这就是著名的“关于EDVAC的报告草案”（en:First Draft of a Report on the EDVAC），报告提出的体系结构一直延续至今，即冯·诺伊曼结构。
EDVAC的初步预算为100 000美元，但最终的成本大约超过估计的4倍，约500 000美元。
<https://baike.baidu.com/item/EDVAC>;

现代计算机的诞生（1950-）

每一代的改进体现在硬件或软件方面（非模型）
第一代（1950-1959）：商用计算机、体积庞大、使用真空管作为电子开关
第二代（1959-1965）：使用晶体管代替真空管
第三代：集成电路的发明更减小了计算机的成本和大小、小型计算机出现、软件工业诞生（1965持续到1975）
第四代（1975-1985）：
出现微型计算机
第一个桌面计算器（Altair8800，1975）
出现了计算机网络
电子工业的发展允许整个计算机子系统做在单块电路上
第五代（1985至今）：掌上计算机、台式计算机、第二代存储媒体（CD-BOM、DVD等）的改进，多媒体的应用以及虚拟现实现象
1.5 社会问题与道德问题
Social problem:依赖、社会公正、数字化分裂
Moral issue:隐私 、版权、计算机犯罪

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标签：存储,计算机,绪论,第三版,计算机科学,程序,诺依曼,数据,模型
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