1、 大学计算机 计算、构造与设计 西安交通大学 2 自底向上进行系统构造的基本思路和方法 自顶向下利用计算机求解问题的基本思路和方法 课程的主要教学目标 ： 何为会用计算机？ 3 我在小学就已经会用计算机了 ， 为什么 现在 还要学呢 ？ 这门课能教我些什么 ？ 我基础比较弱 ， 能学懂吗 ？ 这 门课程 和我要学的其它计算机课程有什么关系 ？ 为什么要学习“大学计算机” 为什么学习 “大学计算机” 你 或许 已经能够： 4 5 计算机为什么既能做数值计算 ， 还能处理各种各样像文字 、 声音 、 图像这样的信息 ？ 为什么学习 “大学计算机” 计算机为什么能 认识各种信息 ？ 它们在计算机 中
2、是怎么 表示和存放 的 ？ 要用计算机解决问题需要做哪写工作 ？ 怎样做 ？ 为什么会有计算机 ？ 它到底有多大能耐 ？ 中小学 信息技术课程与大学计算机课程的区别 中 、 小学课程 讲是 什么 ？ 讲技能 大学课程 讲为什么 ？ 讲思路 、 设计方法 6 为什么学习 “大学计算机” 7 计算机的理论基础是什么 ？ 怎样的构成 ？ 如何工作的 ？ 引论 系统构造 计算机为什么能够认识各种信息 ， 它们是如何表示的 ？ 信息表示与编码 “大学计算机”课程将带给你 ： 网络是怎么回事 ？ 网络上的信息是如何传送的 ？ 网络技术 及应用 如何编写实现一些简单功能的程序 ？ 程序设计 8 “大学计算机
3、”课程将带给你 ： 什么样的问题是计算机不可做的 ？ 枚举法 枚举法的运算量 是（ n-1） ！ 例： 一个快递公司，要将 N个客户的 订货全部 送到。如何确定 哪 条 路线最短？（ 旅行商问题） 解决问题首先需要： 建立解决问题的思路 、 确定解决问题的方法 确定算法 课程教学内容组织 模块 1 引言 模块 2 信息表示与编码 模块 3 系统软硬件构造 模块 4 网络技术及应用 模块 5 C语言程序设计 模块 6 算法分析与设计 9 本课程重点讲授： 系统构造与基本原理 程序设计 算法分析与实现 大学计算机 10 计算机程序设计 微机原理与接口技术 计算机软件技术基础 网络技术及应用 数据库
4、技术 计算机应用类课程 计算机系统组成 Personal Computer 12 计算机系统组成 计算机系统组成 计算机系统 硬件系统 软件系统 微型计算机主机板 15 主机板 芯片 扩展插槽 对外接口 17 芯片 CPU， BIOS， 控制芯片组等 扩展槽 内存插槽 ， 总线扩展槽等 接口 主机板 控制和协调计算机系统各部件的运行 基本输入输出系统。功能： 自检，初始化，系统设置 图灵机与计算 问题 第 3讲 19 计算机是一种计算装置 为什么能够发明出计算机？ 计算机的理论基础是什么？ 虽然 这里 的“计算” 可能是广义的 Alan Mathison Turing 英国 著名数学家 和 逻
5、辑学家 设计理论计算机 计算与自动进行的机械操作联系在 一起 计算机 理论 之父 20 ？ 图灵机模型 论文 :“ 论数字计算在决断难题中的应用 ” 给出 “ 可计算性 ” 的严格的数学定义 图灵机 （ Turing Machine， TM） 用机器来模拟人们用笔和纸 进行运算 的过程 21 将计算与自动进行的机械操作联系在一起 图灵机 模型 组成： 一条无限长的纸带 Type 一个读写头 Head 内部状态 一套控制规则 Table。 22 B BX 1 X 2 X i X n B B读 写 头（ 状 态 q i ）图灵机 模型 23 纸带 单元格 带符 3个动作： 改写当前格 左移 1格
6、或右移 1格 。 包含一组固定的状态和规则（程序） 图灵机工作条件 ： 输入 带符的集合 内部状态的集合 一组控制规则 24 图灵机 模型 工作状态取决于规则和内部状态 图灵机 模型 图灵机的工作过程： 读写头从纸带上读出一个方格中的信息； 根据内部状态查规则表 Table（ 程序 ） ； 确定输出动作 选择以下三个动作之一： 向纸带上写信息； 使读写头向前移动一个方格； 使读写头向后移动一个方格 。 说明下一时刻内部状态的变化 。 25 图灵机 模型 规则表： 26 当前内部状态 S 输入数值 i 输出动作 O 下一时刻的内部状态 S B 1 前移 C A 0 往纸带上写 1 B C 0 后
7、移 A 图灵机 示例 设计计算 “ X+1” 的图灵机 ， 要求计算结束后读写头回到原位 题目分析： TM的工作条件是：输入带符集合 ， 内部状态集合 ， 一组控制规则 设： X=5， 采用 0和 1表示 。 设计： 输入符号集合 =0， 1， * 状态集合 Q Start， add， carry， noncarry， overflow， return， halt 27 图灵机 示例 ：控制器规则的集合 28 输入 响应 当前状态 当前符号 新符合 读写头移动 新状态 Start * * Left Add Add 0 1 Left Noncarry Add 1 0 Left Carry Add
8、 * * Right Halt Carry 0 1 Left Noncarry Carry 1 0 Left Carry Carry * 1 Left Overflow Noncarry 0 0 Left Noncarry Noncarry 1 1 Left Noncarry Noncarry * * Right Return overflow 0或 1 * Right Return Return 0 0 Right Return Return 1 1 Right Return Return * * stay Halt 图灵机 示例 设置读写头的起始位置在最右侧 ， 纸带上存储的内容为 5 29 * 1 0 * 1 Start 图灵机 示例 30 * 1 0 * 1 Add 按照规则表，读写头 向左移动一格，状态变为“加” 输入 响应 当前状态 当 前 带 符号 新符号 读写头移动 新状态 Start * * Left Add * 1 0 * 1 Start
