计算科学导论结业论文
数据结构与算法论文（黄路路计算机科学与软件学院112班112436）
摘要：本文采用简洁的语言浅显扼要的讲解了计算机的系统理论知识，起抛砖引玉的作用。本文核心知识共包含四大部分：计算理论、计算机的系统结构、信息的表示、计算科学与C语言的链接。希望这篇论文能引导同学们对计算机产生浓厚兴趣并为同学们指明计算机学科学习的方向。
关键字：算法计算机科学存储器程序软件冯·诺伊曼模型二进制表示法像素视频小数整数浮点数中央处理单元字节位模式
1引言
欢迎分享本文！你将从这里了解更多的计算机专业知识和技能。计算机网络是一个充满了挑战和发展机遇的年轻学科。计算机应用机器及系统给现今社会带来了巨大的方便，它在我们的生活中已越来越重要。现在让我们一起走进计算机的世界了解它的原理和性能，深入了解它、应用它吧！
2计算理论
1)机器计算的思想
计算是人类长久的活动，从古时候的结绳而治、鬼谷论、孙子剩余定理等，到现在高速发展的计算科学领域无不说明这一点。后来，人类又通过模拟替代的表达形式确立了机器计算的思想。随后出现的算盘、机械式计算机等原始的计算机器更彰显了劳动人民伟大的计算智慧。就这样，机器计算向计算机进化，计算机科学时代到来了！
2)可计算性与计算模型
A可计算性
生活中的问题一般可以分为两类：可解问题或不可解问题。无法用计算机解决的问题我们称为不可解问题，该问题不具有可计算性；而能够被计算机解决的问题称为可解问题，这样的问题具有可计算性。两者的区别是判断出是否能用计算机解决，这个判断过程由人来进行。
B计算模型
两种典型的计算模型：波斯特的计算模型和图灵的计算模型。A波斯特的计算模型：从计算的本质上描
述可计算性，是纯代数形式。B图灵的计算模型（图灵机）：从计算的过程上描述可计算性，是图形形式。图灵的计算模型是现代计算机设计的思想来源。
3计算机的系统结构
1)冯·诺依曼模型
冯·诺依曼模型着眼于计算机（黑盒）的内部结构，定义了处理过程。它主要基于三个想法。首先是四个子系统：包括用来存储数据的区域──存储器，进行计算和逻辑操作的地方──算术逻辑单元，对存储器、算术逻辑单元、输入/输出等子系统的操作进行控制的单元──控制单元，以及与外部进行数据交换的单元──输入输出单元。其次是在此基础上进行存储程序、程序控制的操作，以此为计算方法设计的计算模型。
冯·诺依曼模型的主要特征在于存储程序的概念。尽管早期的计算机没有使用这种模型，但它还是使用了程序的概念。冯·诺依曼模型新定义了编程术语的新概念，而存储程序、程序控制正是冯·诺依曼模型的核心。在图灵机的奠基下出现的冯·诺依曼模型正是现今社会所使用的计算机的核心系统理论，让我们一起缅怀先知，接过先知智慧的接力棒向科学更高峰攀登吧！
以下是计算机的结构原理示意图：
2)硬件系统
构成计算机的实体及其连接称为硬件。硬件由硬件设备和硬件结构组成，其中硬件设备是基础，硬件结构是关键，并且硬件结构的作用最大。
A 硬件结构
硬件结构是总线结构，它有三种：A 面向CPU 的单总线结构；B 面向内存的单总线结构；C 面向内存的双总线结构。输入接口控制器存储器
运算器
输出接口
B硬件设备
硬件设备由CPU、存储器、非存储设备构成。中央处理单元CPU用于数据的运算，它是计算机的大脑，控制管理计算机系统，实现运行程序和管理外设的功能。存储器分为内存和外存（硬盘），内存有两种类型：随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）；外存常指磁介质存储设备──磁盘和光存储设备──光盘，外存仅仅存储数据。
3)软件系统
软件是使得硬件能够正常工作的程序的集合。它的原始概念是：为了运行管理、维护计算机系统所编制的程序的综合。而现在它的更新概念是：为了运行管理、维护计算机系统所编制的程序的总和，以及在这些程序开发过程中所用到的一切文档资料。
软件分为起管理、维护作用的系统软件，应用软件，游戏软件和作为软件开发工具的支撑软件。作为计算机专业学习者，我们应考虑市场需求及科研价值去开发新软件推动计算机行业乃至全社会的进步、繁荣！
4信息的表示
1)二进制的表示方法
众所周知，在机器内部所有的信息都是用二进制表示的，可为什么用二进制呢？二进制表示有哪些优势呢？
首先二进制运算简单；二进制以2为基数，只有三条运算规则，便于计算机进行简单的运算操作。其次，二进制具有物理易实现性；因为二进制中只有0和1两种数符，更易于用数学中的逻辑值0和1以物理状态模拟出来进行存储和操作。最后二进制节约寄存器材；表达同一个数二进制更节约存储使用的器
材（三进制最节省器材，但三进制在其他两方面不如二进制，故选用二进制）。
2)数值信息的机内表示
数值信息指的是数码（数字、字母等字符）、正负号、小数点。
A数码：
数码是由相应的数码对应ASCⅡ代码译为十进制再兑换为二进制进行存储并表示。
B正负号：
正负号的表示是在把正负号符号位数码化，使用反码或补码的方式加以表示。
C小数点的机内表示：
首先，必须说明的是二进制数符表示两个状态，它不能表示小数点的具体位置，因此小数点不能用二进制表示。小数点也有两种表示方法：A定点表示法，即把小数点固定在最高位之前或最低位之后，再把小数放置进去，最后用比例因子记下其移动的位数；B浮点表示法，用复乘的方法把小数位转化为整数再进行存储。浮点表示法表示数的范围比较大。
3）非数值信息的机内表示
*非数值信息的机内表示采用的是编码理论。
A字符的表示
字符用ASCⅡ码进行数值转换后再在机内表示。
B图像的表示
现在，图像在计算机中有两种表示方法：位图图形和矢量图形。A位图图形中，图像被分成像素矩阵，每个像素是一个小点。像素的大小取决于分辨率。

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