冯.依曼计算机-机器级程序及其执行的PPT主要探讨了计算机科学中的核心概念,特别是围绕图灵机的思想和冯.诺依曼计算机的设计理念展开。该课程旨在帮助理解程序设计的基础,包括机器级算法与程序的转化过程。
首先,图灵机是计算理论的基石,由英国数学家艾伦·图灵在1937年提出,他的工作重点在于定义计算的概念和构建了一个理想化的机器模型。图灵机的核心思想是通过一串0和1的纸带,以及一系列简单的操作(如翻转、前移和停止)来实现对输入数据的处理,这些操作通过指令进行控制。他提出的图灵机模型为后来的计算机设计提供了理论依据。
冯.诺依曼计算机,也被称为存储程序计算机,是根据图灵的思想发展而来。它强调了存储程序的概念,即程序和数据都存储在内存中,由中央处理器(CPU)按照指令的顺序执行。这一设计使得计算机能够在接收到指令后自主运行,无需人工干预。关键组件包括:
1. **机器指令与指令系统**:指令是一系列的二进制代码,用于告诉CPU执行特定的操作。指令系统是所有可能指令的集合,决定了计算机的可编程能力。
2. **存储器**:分为指令存储器和数据存储器,分别存放程序指令和数据,确保程序的连续执行。
3. **运算器与控制器**:运算器负责执行算术和逻辑运算,控制器则协调各部件的工作,根据指令指向下一条操作。
4. **存储程序的执行过程**:程序指令先被加载到存储器中,然后CPU按顺序读取并执行,实现了算法的自动化。
5. **算法程序化到机器级程序**:这个过程涉及将抽象的算法转化为具体的机器指令,体现了从高级语言到机器语言的编译或解释过程。
6. **程序指令化和指令存储化**:将算法转换成机器指令,并将其存储起来,形成可执行的程序,是实现自动计算的关键步骤。
通过学习冯.诺依曼计算机模型,学生可以深入理解计算机科学中程序设计的基本原理,以及硬件如何配合软件执行任务,这对于理解现代计算机架构和编程语言至关重要。此外,课程还提到了图灵奖,这是计算机科学领域的最高荣誉,以表彰那些对计算机科学有重大贡献的科学家,如图灵本人,他在计算理论和人工智能领域的开创性工作使他获得了这一殊荣。