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新手编程导论-2.pdf

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第二部分基础：导论 第1章系统 1.1何谓PC 计算机俗称电脑。我们平常谈到的计算机就是指PC。 当然，计算机不光指PC，还可以指服务器，大型机，我们无意去为 分别这里面的区别花费时间，这纯粹是一种历史叫法。在不加特别说 明的情况下，本书作为编程教学书以下部分我谈到计算机就是指PC。 我们是对PC编程。 PC的概念更多地是一个历史概念而非范畴概念,历史上第一代(注意 并非第一台)PC是指1981年8月ibm推出的第一代个人计算机，称 为IBMPC，它配备了intel的8088CPU和Microsoft的MS-DOS,从 这里开始,intel确立了它PC行业的CPU霸主地位，微软也慢慢成为 了软件领域的巨无霸。Wintel组合出现。 当然，IBM是卖电脑的，Intel是做CPU的，而微软是搞软件的，这 三者业务领域不一样。但电脑就是从这个时候开始进入大众生活的， 在这之前是一些巨型机，科研设备机器，以及个人爱好者研制的雏形 所谓“计算机”。正是这样的发展，带来了计算机向PC发展的态势(硬 件上的，软件上的，总体架构上的)。 关于这其中的种种历史，存在有一些趣闻，比如: l【硬件上的】: 第一台PC其实是由一个叫毛利的人发明的而不是教科书中普遍谈到 的那个巨大的家伙。 l【软件上的】: 苹果图形界面拉开了计算机图形时代的到来。 50,60年代某段时间一种叫CP/M的操作系统差点取代MSDOS而使 它所属的公司成为IBM的合作伙伴。 MSDOS实际上只是一层壳。它是改PCDOS来的。 l【架构上的】: CPU是有架构的，AMD和Intel主频之争从来都没停过。 1.2图灵机与冯氏架构 计算机的产生源于对自动控制(自动机理论)和人工智能(机器人)的研 究。 图灵开始研究人工智能的时候那时计算机尚未产生，他的图灵机是对 计算机领域的贡献但其实更多的是对人工智能的探测。 图灵机是一种通用自动机器的模型，这种机器有极其简单的形式（因 为要能易于实现），然而只要产生足够丰富的变形它可表达并产生一 切逻辑(计算函数，表达其它离散算法逻辑等)，图灵机在理论上是理 想的，它有一个二端无限沿伸的纸带作为存储装置，输入，输出和状 态转移函数是一个机器的三要素，这三要素组合并变形可成为一切机 器的原型，可解决一切图灵机能解决的问题。因为它揭示了计算机在 抽象层次运行的本质即形式计算。所以图灵因为他的这个贡献被称为 计算机之父。各种形式的自动机理论随后在那个时代发展开来。 图灵机是被严格证明的。虽然它是一种抽象机难于直接说明，但正是 因为这种抽象可用一套形式化的东西来表示并证明(图灵机的运作原 理被称为形式计算，是离散数学自动机的一部分)..通过测试的机器就 叫图灵完备，，所有通过图灵完备的机器，这说明它们可以产生等价 的算法。。可以解决同样的问题。 图灵机的意义是伟大的，因为它是抽象的，所以它能被实现在很多不 同层次的地方，比如大到语言识别器，虚拟机模型，小到自动售货机 等等。。 如果说图灵机阐述的是一种泛义上的自动机，那么冯氏模型就是专门 针对计算机的自动机理论了，以前的机器(在可编程电脑出现之前)， 指令是硬化的，要为某机器编程相当于重置整个机器。 冯氏机的精神在于"指令存储，顺序执行"，在冯氏模型下，执行指令 的机制和存储指令的机制是分开的，要换一套程序不需要更换指令系 统，因为程序是被内存存储的，取指令器是从RAM中随机取出（某 条活动指令总是会在某个内存位置待命，随机的意思就是直接指定内 存地址并从里面取码进行执行），并不用预先在内存位置固化程序， 然后通过控制和地址总线交互存取到内存，这样CPU只负责执行， 对于不同的程序，它可以只用一套指令系统。这样的架构就形成了一 种执行指令加调用数据(指令数据在内存中的位置，或编码了的数值 和字符)的方式，然而同图灵机一样，这种简单的抽象形式同样可形 成高级的具体逻辑。 这样一来，我们编程也成了书写指令和指定供指令操作用的地址，指 令内含内存地址为操作码，而如何在内存中组织数据又发展出了数据 结构，用底层的观点加数据结构的观点来解释现实事物的解法就形成 了算法。(当然，计算机的观点是如何寻址和执行指令，实际上在没 有高级编程语言理论之前，远远还没有算法的概念，因此不能说指令 是语句，也不能说地址是个变量，地址里面的东西更不能称为数据类 型，CPU能直接执行和认识的只是由0,1表达的指令和编码的地址以 及各种基本数值和字符，只是后来以人的眼光来看可以无穷地把0,1 编码成其