作业一：什么是计算？什么是计算机？计算机和计算机理论之间的关系？现代计算机和理论如何联系起来？
计算理论的发展
计数和进制：起源于农业生产的需要，在中西方同时诞生了十进制，使人能用手指进行计数。中国古代还有八卦——二进制，算盘——十六进制，天干地支——十二进制和六十进制。玛雅日历——二十进制。
数学第一个突破：把连续的实变问题转换成数学可以表达的问题。
第二个突破：用离散的数字计算机来求解这些问题。
可计算性：衡量一个问题是否可以求解，标准是能不能通过图灵机分解成有穷的步骤从而再现出来。
把质的复杂转换成量的复杂
- 解析函数在基础系{1,$x$, $x^2$,….} 下的表示
- 可积函数在某个正交系下的Fourier级数表示
- 拓扑空间中用一簇集开集表示一个点
- 连续问题离散化的标准基表示，如有限元方法，图像处理中的小波变换
二进制：布尔代数，香农把数字继电器电路和二进制统一起来“A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits”
计算工具的演进
帕斯卡的自动进位加法器：从驱动方式来说是靠人力拨动的外动力机械加法器，从进位和计算的机制上来说是靠发条和齿轮进位的内动力加法器。没有程序存储的概念
巴贝奇的差分机：基于提花织布机改进，完全实现了程序存储的概念，可以进行对数、微积分等函数的运算。包括存储室、运算室、控制室、打印机。编程卡是外部输入
图灵机：把一个数字问题用机械可求解可穷尽的过程再现出来的理论模型。最初发明是为了解决希尔伯特二十三个问题之一：用公理化的方法证明一个问题是可解的。图灵机从行为层面模拟人脑
图灵机停机：取决于两个因素1.计算完成 2.控制器中预存的状态被满足。停机并不意味着可计算性的成立，可能代表着某种条件已穷尽
图灵测试：通过对某种行为的测试来判断是否为智能体。
数字计算机：从功能层面模拟人脑。
ENIAC：采用十进制，用于计算火炮的弹道运算速度，电子管。用开关、插头和插座来编程。
冯·诺依曼机：用存储程序的方式实现更高效的编程，让程序可以自动执行。采用二进制电路更简单，指令和数据混合存储——普林斯顿结构（分开存储——哈佛结构）
冯·诺依曼结构
冯·诺依曼结构采用存储程序的工作方式，在不需人工干预的条件下，自动取值和执行，因此必须具备功能模块：
- 将程序和原始数据输入计算机——输入→指令由操作码和地址码组成
- 以二进制形式存储程序和数据——主存→按地址访问，线性编址(当时主要是穿孔纸带，故速度很慢)
- 逐条取指令和操作数执行——控制器CU→控制流由指令流产生
- 算术和逻辑运算——运算器ALU→核心部件
- 运算结果输出——输出
操作人员通过I/O设备与主机进行通信。
现代计算的改进
在内存容量指数级提升后，CPU和内存之间的数据传输带宽成为了瓶颈。
现代计算机为了实现并行，进行了很多的优化：
- 以存储器为核心，并采用层次化的寄存器—cache—主存—辅存结构
- 指令流水线和分支预测
- 多核CPU
- 更高速的I/O方式：程序中断、DMA、通道等
- 各部件通过总线连接
其实，以上的所有改进都可以总结为：如何充分利用CPU的处理能力，如何加快数据在各部件之间的传输
拓展：为何不采用哈佛结构？
哈佛体系实际上将存储时简化的复杂度转移到了程序运行时，对程序和数据的动态链接和物理映射需要更多的硬件支持，内部也要采用两套总线。
在实际运用中，简单的DSP嵌入式应用因为不需要运行太多的任务多采用哈佛结构，多用于安全性较高的工控领域。
在现代计算机中，CPU内部的Cache是有L1-I和L1-D的哈佛结构的。
所以说冯`诺依曼机采用普林斯顿结构只是用整体层面而言的。
存储器
数据的表示
ASCII码表：0–48(0011 0000); 大写A–65(0100 0001)；小写a–97(0110 0001)
数制转换：整数除二取余，小数乘二取整
原码
补码：用模实现加减法的统一，多表示一个数
反码：负数 补码 - 1
移码：比较大小，符号与补码相反
IEEE 754标准：阶码 +127
数据的存储
从什么地方开始存—大/小端：现代网络通信中一般采用大端模式，即对一个主存字中的多个字节，按从高位字节到低位字节存放—看主存地址而不是数据的高位
如何便于存取——数据对齐：编译器和链接器划分的最小存储单元确定对齐方式，如双字节、四字节对齐。注意：如果是结构体整体，那么以最长成员作为结构体本身的对齐方式
其他
LOAD直接寻址的访存次数：一般情况下需要先取指令再访存取数，但是LOAD指令可以同时进行，故只需访存一次。
配置实验环境
安装masm5
用于搭建汇编环境
我安装在E盘
安装DosBox和Debug工具
DosBox用于在64系统下使用masm5
将debug.exe放在某盘如E盘的根目录下，然后运行dosbox, 会发现它默认有一个虚拟的Z盘。
输入mount c e:\ 表示在dosbox 中虚拟出一个C盘，然后把本机的E盘挂载上去，就可以访问本机的文件了。
-> c: ->dir -> masm5 即可查看本机E盘中的masm相关文件, 常用指令
- 编译：
masm file.asm - 链接：
link file.obj - 运行：
file.exe
返回根目录 ->debug 出现 -_ 光标表示debug程序成功开始运行