冯·诺依曼计算机与图灵机：程序执行原理

该资源是《大学计算机-计算思维导论》课程的一部分，主要讲解了图灵机与冯·诺依曼计算机的概念，以及存储器、机器指令与机器程序、指令执行和计算机程序执行过程的基础知识。 冯·诺依曼计算机是基于图灵机模型设计的，它具有以下关键组成部分： 1. **图灵机**：由英国数学家艾伦·图灵提出，是一种抽象计算模型，用于描述计算过程。图灵机由一条无限长的纸带、一个读写头和一组指令组成。通过读取纸带上的符号并根据指令集进行操作，图灵机可以模拟任何可计算问题的解决方案。 2. **冯·诺依曼计算机**：基于图灵机思想，由约翰·冯·诺依曼设计，包括五个主要部分：控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。其工作原理是将数据和指令存储在内存中，通过控制器执行指令，实现数据处理。 3. **存储器**：存储器是冯·诺依曼计算机中的重要组件，分为内存和辅助存储。内存用于暂时存放程序和数据，而辅助存储则提供更大的容量但访问速度较慢。存储器的工作原理涉及地址映射、读写操作和数据缓存等。 4. **自动存取**：存储器的自动存取指的是通过地址寻址机制，计算机能自动找到并读写存储单元中的数据。 5. **存储器容量扩展**：当存储器容量不足时，可以通过增加内存条、使用虚拟内存或者外接硬盘等方式扩大存储空间。 6. **机器指令与机器程序**：机器指令是一组代表特定操作的二进制代码，如加法、减法等。机器程序是由一系列机器指令组成的，它们指导计算机执行特定任务。 7. **指令执行**：控制器负责读取内存中的指令，解码并执行。每个指令执行完成后，程序计数器会自动更新，指向下一个待执行的指令。 8. **机器程序的执行过程**：从加载程序到内存，到CPU逐条执行指令，再到结果输出，这一系列步骤构成了完整的程序执行流程。 图灵的贡献不仅限于图灵机模型，他还为现代计算机科学奠定了基础，并对人工智能领域产生了深远影响。图灵奖就是为了纪念他的贡献而设立的，它是计算机科学界的最高荣誉，授予在计算机领域做出突出贡献的个人。 通过学习这部分内容，学生可以理解计算机的基本工作原理，了解计算过程的本质，为后续深入学习计算机科学打下坚实的基础。