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计算机总线起什么作用?它是如何工作的

什么是计算机?计算机的主要特征有哪些?
计算机总线起什么作用?它是如何工作的?


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张琳

2021-12-27 14:59:26
Q1:什么是计算机,现代通用电子计算机最基本原理是什么,主要特征有哪些。
A1:
上课前的理解:
计算机就是人类创造出来用于进行某种运算(数学运算、逻辑运算等)的机器。
现代通用电子计算机最基本的原理是由冯诺依曼提出的“存储程序”原理,即计算机的工作模式是将编号的程序和原始数据输入并存储在计算机的内存储器中(即存储程序),然后计算机按程序逐条取出指令并加以分析,并执行指令规定的操作(即程序控制)
现代通用电子计算机的主要特征应该是:运算速度快、计算机精度高、存储容量大、基础逻辑判断、自动化
上课后的理解:
计算机是计算出要解决的问题的答案的机器
现代计算机工作原理,也就是什么是机器计算:就是在纸带上取数据,做运算,将结果存起来,再去取数据,做运算,将结果存起来的循环过程,但在那里取不知道,直到现在,也没有离开这种。
现代通用电子计算机的主要特征应该是:运算速度快、计算机精度高、存储容量大、基础逻辑判断、自动化
Q2:图灵机包含那两个组成部分?格子基本功能是什么?与冯诺依曼体系结构的五个部分是如何对应的?
A2:
上课前的理解:
图灵机包含一条无限长的纸带和一个读写头,读写头可以在纸带上左右移动,能够读出格子上的符号并改变符号。
格子的基本功能是存储信息
冯诺依曼结构包含五个部分:输入设备、输出设备、运算器、存储器、控制器。
可以看到,图灵机的纸带可以对应于冯诺依曼中的输入设备、输出设备、存储器,主要功能都是存储信息;
而读写头对应于运算器、控制器,主要功能是对信息进行处理
上课后的理解:
一(无限长)纸带,纸带上有很多单元,每个单元可存取一定信息;磁头(读写头)可以在纸带上移动、可以读写磁带上的内容、磁头可以进行最基本的逻辑运算(与或非)和算术运算(加减乘除)
格子的基本功能是存储信息,还有一些输入输出等特殊单元
纸带=存储器+输入设备(只读)+输出设备(只写)
磁头=控制器+运算器,即CPU
输入设备和输出设备是纸带上的特殊的单元,而不是存储器,不是每个输出输出都有意义
Q3:为什么说图灵机可以解决通用计算?
A3:
图灵机与冯洛依曼体系结构有一个非常明显的区别,就是图灵机是一条无限长的纸带,而冯诺依曼体系结构中的存储器是由大小限制的,所以,相当于图灵机的存储空间和计算时间是可无限制增加的。
从算法的角度考虑,相当于有无限多的时间和无限多的变量可供差遣,所以,即便是NP-Hard问题,只要让图灵机一直运行下去,就可以得出结果。
从量子力学的角度考虑,相当于可以知道当前状态的每一个变量和每一个参数,那么就可以预测出未来的任意一个想要求得的结果(参考拉普拉斯妖)
图灵机纸带可以是无限长,但冯氏结构(现在的通用计算机)改成可存储的程序后,程序的大小就限制了,导致冯氏结构实际上没法完全解决通用计算。
Q4:在基本的冯诺依曼体系结构中,计算机总线起什么作用,它是如何工作的?他完成图灵机工作时的哪个功能?
A4:
上课前的理解:
计算机及总线起到传输数据和信号的功能
数据与信号在总线上以电信号(电平高低)的形式从发出端传送到接收端
相当于图灵机工作时的读写头移动的功能
上课后的理解:
总线为了完成单元(存储、IO等)之间的数据的传输,类比于马路,各单元类比于门面。总线是传输电信号的,是分时的,通过控制总线来实现控制。总线对应于图灵机结构中的磁头存取数据的过程,他完成了磁头的作用;总线上的数据传输协议和规则对应于磁头的移动。
Q5:什么是嵌入式计算机系统?他和通用计算机相比有哪些差异?
A5:
嵌入式计算机系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
主要差异是以专用CPU芯片(或者类CPU芯片)为核心,只为实现某一特定功能。
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